DE69838225T2 - CORDLESS COMMUNICATION WITH AN AIR-SUPPORTED AGENCY - Google Patents

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Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf drahtlose Kommunikation und genauer auf drahtlose Kommunikation unter Verwendung eines luftgestützten Vermittlungsknotens.These The invention relates generally to wireless communication and more specifically, wireless communication using an air-based switching node.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

In diesem Informationszeitalter besteht ein Bedarf an Kommunikationssystemen, die die Konnektivität und Kapazität bereitstellen, um ansteigende Benutzeranforderungen zu erfüllen. Datenintensive Anwendungen, wie etwa Fernverarbeitung, Surfen im Internet, Multimediakommunikation und andere, belasten die bestehende Kommunikationsinfrastruktur erheblich. Das öffentliche Selbstwählferndienstnetz (SWFD), Ferndatennetzwerke und andere entwickelte drahtgebundene und drahtlose Netzwerke können diese Anforderungen nicht erfüllen.In this information age there is a need for communication systems, the connectivity and capacity deploy to meet increasing user demands. data-intensive Applications such as remote processing, Internet surfing, multimedia communications and others burden the existing communication infrastructure considerably. The public Selbstwählferndienstnetz (SWFD), remote data networks and other developed wireline and wireless networks can do not meet these requirements.

Ein Ansatz zur Erhöhung von Konnektivität und Kapazität besteht darin, die bestehende terrestrische Infrastruktur aufzurüsten. Neue terrestrische Systeme enthalten drahtlose Datendienste im PCS-(personal communications service)Frequenzband, Datenübertragung über für Kabelfernsehen installiertes Koaxialkabel oder einen Satz digitaler Teilnehmerleitungsdienste über für Telefonnetzwerke installierte verdrillte Leitungspaare. Diese terrestrischen Lösungen erfordern erhebliche Zeit zur Vorbereitung und zur Installation der Infrastruktur, bevor der Dienst bereitgestellt werden kann, und erfordern auch eine teure Wartung der Geräte aufgrund von Vandalismus, Blitzschlag, Bereitstellungsänderungen, Frequenzneuzuweisungen und der Neuabstimmung von Radio- bzw. Hochfrequenz-(RF)- bzw. HF-)Einrichtungen. Außerdem leiden terrestrische Lösungen an Rayleigh-Schwund (Rayleigh fading), der durch Störstreuung von Gelände und Gebäuden verursacht wird und der einen hohen Dynamikbereich und leistungsstarke Einrichtungen erfordert, um ex treme Variationen in der empfangenen Signalstärke zu kompensieren.One Approach to increase of connectivity and capacity is to upgrade existing terrestrial infrastructure. New Terrestrial systems include wireless data services in PCS (personal communications service) frequency band, data transmission over for cable television installed coaxial cable or a set of digital subscriber line services over for telephone networks installed twisted wire pairs. These terrestrial solutions require considerable time to prepare and install the infrastructure, before the service can be provided, and also require an expensive maintenance of the equipment due to vandalism, lightning, deployment changes, Frequency reassignments and the retuning of Radio Frequency (RF) - or HF) facilities. Furthermore suffer terrestrial solutions at Rayleigh fading (Rayleigh fading) caused by noise scattering of terrain and buildings is caused and of a high dynamic range and powerful Facilities required to ex treme variations in the received signal strength to compensate.

Ein andere Ansatz zur Erhöhung von Konnektivität und Kapazität besteht darin, die satellitengestützte Infrastruktur aufzurüsten, die in geosynchroner Umlaufbahn (GEO) und erdnaher Umlaufbahn (LEO) arbeitet. Wie terrestrische Systeme benötigen Satellitensysteme häufig Jahre, um sich vollständig zu entwickeln, insbesondere LEO-Systeme mit großer Konstellation. Außerdem ist es teuer, Satellitensysteme zu warten oder aufzurüsten. Dementsprechend enthalten Satellitensysteme bewährte Kommunikationstechnologie, die ausgestaltet ist, um in einer harten Strahlungsumgebung zuverlässig zu arbeiten, was die Systemkosten erheblich erhöht und die Systemkapazität erheblich verringert. Satellitensysteme leiden auch an begrenzten Gewichts- und Leistungskapazitäten und schaffen es nicht, die gewünschte Schaltungsdichte bereitzustellen, um dicht besiedelte Gebiete zu versorgen.One different approach to increase of connectivity and capacity is to upgrade the satellite-based infrastructure that in geosynchronous orbit (GEO) and near-earth orbit (LEO) is working. Like terrestrial systems, satellite systems often take years, to be complete to develop, in particular LEO systems with large constellation. Besides that is expensive to maintain or upgrade satellite systems. Accordingly contain satellite systems proven Communication technology that is designed to be in a tough Radiation environment reliable which greatly increases system costs and system capacity significantly reduced. Satellite systems also suffer from limited weight and weight power capacity and do not succeed, the desired Provide circuit density to densely populated areas supply.

Dokument D1, DJUKNIC: "Establishing wireless communications services via High-Altitude Aeronautical platforms: A concept whose time has come", IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE, September 1997, Band 35, Nr. 9, Seiten 128–135, offenbart eine Flugplattform großer Höhe, die keine Vermittlungsfähigkeit hat und lediglich Kommunikationen zwischen einem Benutzer und einer Bodenstation weiterleitet. Die Plattform von Dokument D1 kann keine direkte Kommunikation zwischen zwei Benutzern durchführen, da die Vermittlungseinrichtungen erdgebunden sind.document D1, DJUKNIC: "Establishing wireless communications services via high-altitude aeronautical platforms: A concept of their time has come ", IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE, September 1997, Vol. 35, No. 9, pages 128-135, discloses an aerial platform greater Height, the no mediation ability has and only communications between a user and one Ground station forwards. The platform of document D1 can not perform direct communication between two users, since the switching equipment is grounded.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf ein System, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist, und auf ein Verfahren, wie es in Anspruch 21 beansprucht ist.The The invention relates to a system as claimed in claim 1 and a method as claimed in claim 21.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein auf einem Luftfahrzeug angeordneter luftgestützter Vermittlungsknoten zum Bereitstellen von Kommunikation für ein Dienstgebiet mit einer Anzahl von Zellen eine phasengesteuerte Vielfachantenne, die eine Anzahl von Strahlen elektronisch auf die Zellen in dem Dienstgebiet richtet. Eine Vermittlungseinrichtung koppelt von einer ersten Zelle empfangene Daten zu der Antenne zur Übertragung zu einer zweiten Zelle. Ein Nutzlastadapter stellt mechanisch die Ausrichtung der Antenne in Abhängigkeit der Luftfahrzeugbewegung ein, um die Strahlen auf die Zellen in dem Dienstgebiet zu richten.In an embodiment of the present invention an airborne switching node located on an aircraft for Providing communication for a service area having a Number of cells a phased array antenna, the one Number of beams electronically on the cells in the service area directed. A switch couples from a first cell received data to the antenna for transmission to a second Cell. A payload adapter mechanically adjusts the orientation of the antenna dependent on the aircraft movement to get the rays on the cells in to the service area.

In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommuniziert eine Vorrichtung mit einem luftgestützten Vermittlungsknoten, der auf einem Luftfahrzeug angeordnet ist. Der luftgestützte Vermittlungsknoten enthält eine phasengesteuerte Vielfachantenne, die elektronisch einen Strahl auf eine Zelle richtet, die die Vorrichtung enthält. Die Vorrichtung enthält eine Antenne, um in dem Strahl übertragene Paketdaten zu empfangen, und eine RF- bzw. HF-Einheit, die mit der Antenne gekoppelt ist. Die Vorrichtung weist ferner eine Netzwerkschnittstelleneinheit, die mit der RF- bzw. HF-Einheit gekoppelt ist, um die Paketdaten zu extrahieren, und ein Informationsgerät auf, das mit der Netzwerkschnittstelleneinheit gekoppelt ist, um die Paketdaten zu verarbeiten.In yet another embodiment of the present invention, an apparatus communicates with an airborne switching node located on an aircraft. The airborne agent The node contains a phased array antenna which electronically directs a beam at a cell containing the device. The apparatus includes an antenna to receive packet data transmitted in the beam and an RF unit coupled to the antenna. The apparatus further comprises a network interface unit coupled to the RF unit for extracting the packet data and an information device coupled to the network interface unit for processing the packet data.

Technische Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen einen luftgestützten Vermittlungsknoten (airborne switching node, ASN), der von einem Luftfahrzeug getragen wird, das in einer großen Höhe (z.B. 52 000 bis 60 000 Fuß) über einem Dienstgebiet kreist. Der ASN stellt Kommunikationsdienste für erdgebundene Vorrichtung bereit, wie etwa Teilnehmervorrichtungen und Überleitungseinrichtungen, die sich in Zellen des Dienstgebiets befinden. Teilnehmervorrichtungen umfassen Kundenendgeräte (customer premises equipment, CPE) und Ge schäftsendgeräte (business premises equipment, BPE), die Sprache, Video und Daten mit Breitband- und/oder Schmalbandgeschwindigkeiten verarbeiten und übertragen. Überleitungseinrichtungen arbeiten, um den ASN mit dem öffentlichen Selbstwählferndienstnetz (SWFD), Internetdienstanbietern (Internet Service Providers, ISPs), Kabel- oder Videodienstanbietern oder anderen Netzwerken innerhalb oder außerhalb des Dienstgebiets des ASN zu verbinden.Technical Advantages of the present invention include an airborne switching node (airborne switching node, ASN) carried by an aircraft, that in a big one Height (e.g. 52,000 to 60,000 feet) above one Service area circles. The ASN provides communication services for terrestrial device ready, such as subscriber devices and transfer devices, the are in cells of the service area. subscriber devices include customer terminals (customer premises equipment, CPE) and business premises equipment (business premises equipment, BPE), the voice, video and data at broadband and / or narrowband speeds process and transmit. Transition facilities work, around the ASN with the public Selbstwählferndienstnetz (SWFD), Internet Service Providers (ISPs), Cable or video service providers or other networks within or outside the service area of the ASN.

Andere wichtige technische Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen einen ASN mit einer phasengesteuerten Vielfachantenne, die Strahlen elektronisch auf vordefinierte geographische Zellen in dem Dienstgebiet richtet. Die phasengesteuerte Vielfachantenne hält Strahlen auf ausgewählten Zellen aufrecht oder stellt häufige Strahlübergaben zwischen Zellen bereit, während der ASN über dem Dienstgebiet kreist. In einer bestimmten Ausführungsform enthält der ASN einen Speicher, der eine Zuordnung zwischen Strahlen und bedienten Zellen speichert, und eine Paketvermittlung, die auf diesen Speicher zugreift, um Strahlübergaben zu kompensieren. Zusätzlich zur elektronischen Strahlsteuerung unter Verwendung der phasengesteuerten Vielfachantenne kann der ASN auch einen Adapter enthalten, der die Ausrichtung der Antenne mechanisch einstellt, um die Strahlen auf die Zellen in dem Dienstgebiet zu richten.Other embody important technical advantages of the present invention an ASN with a phased array antenna, the beams electronically to predefined geographic cells in the service area directed. The phased array antenna holds rays on selected cells upright or frequent Beam handovers between cells while ready the ASN about circles around the service area. In a particular embodiment contains the ASN has a memory that allocates between rays and Served cells stores, and a packet switch that on these Memory accesses to beam handovers to compensate. additionally for electronic beam control using the phased array Multiple antenna, the ASN can also contain an adapter that the Orientation of the antenna mechanically adjusts to the rays to direct the cells in the service area.

Der ASN beseitigt die Notwendigkeit von Basisstationsausrüstungen und Basisstationseinrichtungen, die mit terrestrischen Systemen verbunden sind, wie etwa Antennentürme, Zellenstandortgebäude und Zellenstandortland. In einer bestimmten Ausführungsform haben Verbindungen zwischen erdgebundenen Vorrichtungen und dem ASN eine minimale Sichtlinie (line-of-sight, LOS) von ungefähr 20°, um Störungen von terrestrischen Systemen zu minimieren. In einer bestimmten Ausführungsform ist eine Isolation zwischen ASN-Kommunikation und anderen terrestrischen Systemen ausreichend, um die Wiederverwendung aus gewiesener terrestrischer Frequenzen zu ermöglichen, wie etwa des Frequenzbandes des lokalen Mehrpunktverteildienstes (local multipoint distribution service, LMDS). Der ASN beseitigt auch wesentliche "Rücktransport"-("backhaul") Infrastruktur durch die Verwendung von Überleitungseinrichtungen, um einen direkten Zugang zu dem SWFD, den ISPs und anderen Netzwerkschnittstellen bereitzustellen. Der ASN profitiert auch von höherer Leistung, erhöhter Nutzlastkapazität und einem weniger komplizierten Wärmeverwaltungssystem und erhöhter Teilnehmerdichte im Vergleich zu Satellitensystemen.Of the ASN eliminates the need for base station equipment and base station facilities operating with terrestrial systems connected, such as antenna towers, cell site buildings and Cell site land. In a particular embodiment, compounds have a minimal line of sight between terrestrial devices and the ASN (Line-of-sight, LOS) of about 20 ° to disorders from terrestrial systems. In a particular embodiment is an isolation between ASN communication and other terrestrial Systems sufficient to reuse from terrestrial To allow frequencies such as the frequency band of the local multipoint distribution service (local multipoint distribution service, LMDS). The ASN also eliminates significant "backhaul" infrastructure the use of transfer devices, for direct access to the SWFD, the ISPs and other network interfaces provide. The ASN also benefits from higher horsepower, increased payload capacity and one less complicated heat management system and heightened Subscriber density compared to satellite systems.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine schnell einsetzbare und flexible Technik bereit, um modulare und skalierbare Kommunikationsdienste mit ausreichender Schaltungsdichte für Gebiete hoher Population bereitzustellen. Eine Anwendung ordnet ein ASN-basiertes Kommunikationsnetzwerk zur Notfall- oder militärischen Verwendung schnell an und setzt diese schnell ein. Da eine Luftfahrzeugflotte (z.B. drei Luftfahrzeuge in Acht-Stunden-Schichten) Kommunikation bereitstellen, profitiert jedes Luftfahrzeug und der zugehörige ASN von durchgehenden Wartungen, Modifikationen und Aufrüstungen, um leichtere, kostengünstigere und schnellere digitale Kommunikationstechnologien aufzunehmen. Da das Luftfahrzeug in großen Höhen arbeitet, unterstützt der ASN außerdem Hochfrequenz-, LOS-Kommunikationsverbindungen niedriger Dämpfung zu Satelliten oder anderen ASNs, die benachbarte Gebiete bedienen. Andere technische Vorteile sind für Fachleute aus den folgenden Figuren, Beschreibungen und Ansprüchen ohne weiteres ersichtlich.The The present invention also provides a rapidly deployable and flexible Technology ready to modular and scalable communication services with sufficient circuit density for high population areas provide. An application maps an ASN-based communication network for emergency or military Use quickly and use them quickly. As an aircraft fleet (e.g., three aircraft in eight-hour shifts) communication provide benefits for every aircraft and the associated ASN continuous maintenance, modifications and upgrades, to lighter, cheaper and to incorporate faster digital communication technologies. Because the aircraft in large Heights works, supports the ASN as well High frequency, LOS communication links low attenuation to satellites or other ASNs serving adjacent areas. Other technical advantages are apparent to those skilled in the art from the following Figures, descriptions and claims readily apparent.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und für weitere Merkmale und Vorteile wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:For a more complete understanding the present invention and for Other features and advantages will now be apparent from the following description in conjunction with the attached Drawings in which:

1 ein Kommunikationssystem darstellt, das einen luftgestützten Vermittlungsknoten (airborne switching node, ASN) enthält, 1 represents a communication system containing an airborne switching node (ASN),

2 detaillierter Komponenten des Kommunikationssystems darstellt, 2 represents detailed components of the communication system,

3 eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen und -einrichtungen darstellt, die von durch den ASN verbundene Vorrichtungen unterstützt werden, 3 illustrates a variety of communication protocols and devices supported by devices connected by the ASN,

4 den ASN mit einem Luftfahrzeug gekoppelt ASN darstellt, 4 representing the ASN coupled to an aircraft ASN,

5 detaillierter Komponenten des ASN darstellt, 5 detailed components of the ASN,

6 detaillierter Komponenten einer Vorrichtung darstellt, die mit dem ASN kommuniziert, 6 detailed components of a device that communicates with the ASN,

7 das Dienstgebiet des Kommunikationssystems darstellt, und 7 represents the service area of the communication system, and

8 das in dem Kommunikationssystem verwendete Frequenzmultiplexverfahren darstellt. 8th represents the frequency division multiplexing method used in the communication system.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION

1 zeigt ein Kommunikationssystem 10, das ein Luftfahrzeug 12 enthält, das einen luftgestützten Vermittlungsknoten (airborne switching node, ASN) 14 trägt, um Kommunikationsdienste für eine Anzahl erdgebundener Vorrichtungen bzw. Geräte bereit zu stellen, die in einem Dienstgebiet 16 angeordnet sind. Die erdgebundenen Vorrichtungen bzw. Geräte umfassen Teilnehmervorrichtungen, wie etwa Kundenendgeräte (cu stomer premises equipment, CPE) 18 und Geschäftsendgeräte (business premises equipment, BPE) 20, sowie Überleitungseinrichtungen 22. Allgemein stellt der ASN 14 drahtlose Breitband- und/oder Schmalbandkommunikation zwischen einer Anzahl von Vorrichtungen im Dienstgebiet 16 bereit. 1 shows a communication system 10 that an aircraft 12 containing an airborne switching node (ASN) 14 to provide communication services to a number of terrestrial devices operating in a service area 16 are arranged. The terrestrial devices include subscriber devices, such as customer premises equipment (CPE). 18 and business premises equipment (BPE) 20 , as well as transfer devices 22 , General notes the ASN 14 wireless broadband and / or narrowband communication between a number of devices in the service area 16 ready.

Ein hochtragenes Verbundmaterial-Luftfahrzeug 12 trägt den ASN 14 in einer vordefinierten Umlaufbahn bzw. Kreisbahn 30 über dem Dienstgebiet 16. Die Umlaufbahn 30 kann kreisförmig, elliptisch, eine Figur-Acht-Konfiguration oder jede andere geeignete Umlaufbahn sein, um den ASN 14 über dem Dienstgebiet 16 angeordnet zu halten. Durch Kreisen in großen Höhen für ausgedehnte Zeiträume stellt das Luftfahrzeug 12 eine stabile Plattform für den ASN 14 bereit, um ein drahtloses, zelluläres Kommunikationsnetzwerk zu implementieren. In einer bestimmten Ausführungsform hält das Luftfahrzeug 12 eine Station in einer Höhe von zwischen 52 000 und 60 000 Fuß durch Fliegen in einem Kreis mit einem Durchmesser von ungefähr 5 bis 8 Meilen aufrecht. Drei Luftfahrzeuge 12, von denen jedes Acht-Stunden-Missionen fliegt, können durchgehende Kommunikationsfähigkeiten für das Dienstgebiet 16 für 24 Stunden am Tag und 7 Tage pro Woche bereitstellen.A high-wearing composite aircraft 12 carries the ASN 14 in a predefined orbit or circular path 30 over the service area 16 , The orbit 30 may be circular, elliptical, a figure-eight configuration, or any other suitable orbit to the ASN 14 over the service area 16 to keep arranged. By circulating at high altitudes for extended periods of time, the aircraft represents 12 a stable platform for the ASN 14 ready to implement a wireless cellular communication network. In a particular embodiment, the aircraft stops 12 maintain a station at a height of between 52,000 and 60,000 feet by flying in a circle approximately 5 to 8 miles in diameter. Three aircraft 12 , each of which is flying eight-hour missions, can have continuous communication skills for the service area 16 deploy for 24 hours a day, 7 days a week.

Das Luftfahrzeug 12 und der zugehörige ASN 14 können eine Abdeckung von bis zu 2800 Quadratmeilen eines Groß- bzw. Ballungsraums mit einem Sichtwinkel von zwanzig Grad oder größer bereitstellen, um eine gute Sichtlinien-(LOS-)Abdeckung bei Millimeterwellen-(MMW-)Frequenzen von 20 GHz oder höher zu erleichtern. Der Betrieb bei MMW-Frequenzen ermöglicht die Lieferung von Breitbandkommunikationsdiensten (z.B. 1 Gbps bis 10 Gbps) an Teilnehmervorrichtungen in dem Dienstgebiet 16. Da das Kommunikationssystem 10 bei MMW-Frequenzen arbeitet, können sehr enge und fokussierte Strahlbreiten unter Verwendung kleiner Antennenaperturen im ASN 14, CDP 18, BPE 20 und den Überleitungseinrichtungen 22 realisiert werden.The aircraft 12 and the associated ASN 14 can provide coverage of up to 2800 square miles of metropolitan area with a viewing angle of twenty degrees or greater to facilitate good line of sight (LOS) coverage at millimeter wave (MMW) frequencies of 20 GHz or higher. Operation at MMW frequencies enables the delivery of broadband communication services (eg, 1 Gbps to 10 Gbps) to subscriber devices in the service area 16 , Because the communication system 10 At MMW frequencies, very narrow and focused beamwidths can be used using small antenna apertures in the ASN 14 , CDP 18 , BPE 20 and the transfer devices 22 will be realized.

Da das Luftfahrzeug 12 über dem Hauptteil der Erdatmosphäre kreist, kann der ASN 14 eine Satellitenverbindung 32 zu Satelliten 34 in erdnaher Umlaufbahn (low-earth orbit, LEO) und/oder geosynchroner Umlaufbahn (GEO) unterhalten. In einer bestimmten Ausführungsform arbeitet die Verbindung 32 für eine gute Immunität gegenüber erdbasierter Störung in einem 60-GHz-Band und ermöglicht die Isolation von Zwischen-Satelliten-Verbindungen 36. Benachbarte ASNs 14, die benachbarte Dienstgebiete 16 versorgen, können über eine oder mehrere Satelliten 34 unter Verwendung von Satellitenverbindungen 32 und Zwischen-Satelliten-Verbindungen 36 kommunizieren oder können unmittelbar unter Verwendung einer Infrarot-, Mikrowellen- oder einer anderen geeigneten Zwischen-ASN-Verbindung 38 kommunizieren. Für die Verbindungen 36 wird typischerweise das 60-GHz-Band verwendet, da es bei dieser Frequenz zu viel Absorption in der Atmosphäre gibt, um mit dem Boden zu kommunizieren. Da sich der ASN 14 aber über dem Hauptteil der Atmosphäre befindet, unterstützt das 60-GHz-Band auch Verbindungen 32 vom ASN 14 zum Satelliten 34. Störungen zwischen Verbindungen 32 und Verbindungen 36 sind reduziert, da ein sehr enger Strahl verwendet werden würde und da die Verbindungen 32 schräg sind, während die Verbindungen 36 relativ horizontal sind. Das Dienstgebiet 16 kann ein Groß- bzw. Ballungsraum, eine ausgewiesene Notfallzone, ein militärisches Gebiet oder ein anderes geographisches Gebiet sein, das drahtlose Breitband- und/oder Schmalbanddienste benötigt.Because the aircraft 12 Circling over the bulk of the Earth's atmosphere, the ASN 14 a satellite connection 32 to satellites 34 in low earth orbit (LEO) and / or geosynchronous orbit (GEO). In a particular embodiment, the connection works 32 for a good immunity to ground-based interference in a 60 GHz band and allows the isolation of inter-satellite connections 36 , Neighboring ASNs 14 , the neighboring service areas 16 can supply via one or more satellites 34 using satellite links 32 and intermediate satellite connections 36 communicate or can communicate directly using an infrared, microwave or other suitable intermediate ASN connection 38 communicate. For the connections 36 Typically, the 60 GHz band is used because at this frequency there is too much absorption in the atmosphere to communicate with the ground. Because the ASN 14 but located above the bulk of the atmosphere, the 60GHz band also supports connections 32 from the ASN 14 to the satellite 34 , Interference between connections 32 and connections 36 are reduced because a very narrow beam would be used and there the connections 32 are oblique while the connections 36 are relatively horizontal. The service area 16 may be a metropolitan area, a designated emergency area, a military area, or other geographic area that requires wireless broadband and / or narrowband services.

Der ASN 14 enthält eine phasengesteuerte Vielfachantenne, die elektronisch Strahlen 40 auf Zellen 42 innerhalb des Dienstgebiets 16 richtet. Für Diskussionszwecke und zur Klarheit stellt 1 Strahlen 40 dar, die auf ausgewählte Zellen 42 in dem Dienstgebiet gerichtet sind. Das Kommunikationssystem 10 zieht jedoch ein kontinuierliches oder diskontinuierliches Richten von Strahlen 40 auf jeden Bereich in dem Dienstgebiet 16 in Erwägung. Das Dienstgebiet 16 weist einen zentralen Sektor 44 und eine Anzahl umgebender Sektoren 46 auf, die jeweils einen ausgewählten Teilsatz von Zellen 42 im Dienstgebiet 16 enthalten. In einer bestimmten Ausführungsform entspricht jeder Sektor 44 und 46 einem anderen Bereich der phasengesteuerten Vielfachantenne des ASN 14. Wie unten detaillierter beschrieben wird, können Strahlen 40 stets bestimmten Zellen 42 in bestimmten Sektoren 44 und 46 zugeordnet sein, oder Strahlen 40 können zwischen Zellen bewegt oder übergeben werden, während sich das Luftfahrzeug 12 und der ASN 14 durch die Umlaufbahn 30 bewegen.The ASN 14 contains a phased array antenna that electronically beams 40 on cells 42 within the service area 16 directed. For discussion purposes and for clarity 1 radiate 40 that is on selected cells 42 are directed in the service area. The communication system 10 however, draws a continuous or discontinuous straightening of rays 40 to every area in the service area 16 considering. The service area 16 has a central sector 44 and a number of surrounding sectors 46 on, each one selected subset of cells 42 in the service area 16 contain. In a particular embodiment, each sector corresponds 44 and 46 another area of the phased array antenna of the ASN 14 , As will be described in more detail below, rays may 40 always specific cells 42 in certain sectors 44 and 46 be assigned, or rays 40 Can be moved or passed between cells while the aircraft is moving 12 and the ASN 14 through the orbit 30 move.

In einer bestimmten Ausführungsform verringert die Überleitungseinrichtung 22, die im mittleren Sektor 44 in der Nähe des Zentrums der Umlaufbahn 30 angeordnet ist, den Neigungsbereich bzw. Schrägabstand zwischen der Überleitungseinrichtung 22 und dem ASN 14 und somit die Signalweglänge durch starken Regenfall. Diese Anordnung gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit von maximalen Datenraten, eine höhere Verfügbarkeit verringerter Datenraten oberhalb eines akzeptablen Minimums und begrenzt Ausfälle auf kleine Gebiete aufgrund der Unterbrechung des Signalwegs durch dichte Regensäulen. Um die Datenrate und die Zuverlässigkeit zu erhöhen, kann die Überleitungseinrichtung 22 mit dem ASN 14 unter Verwendung einer speziell vorgesehenen, hochverstärkenden mechanisch kardanischen Antenne (z.B. parabolisch) getrennt von der phasengesteuerten Vielfachantenne am ASN 14 kommunizieren, die die CPE 18 und die BPE 20 bedient.In a particular embodiment, the transition device reduces 22 in the middle sector 44 near the center of the orbit 30 is arranged, the inclination range or oblique distance between the transfer device 22 and the ASN 14 and thus the signal path length due to heavy rainfall. This arrangement ensures high availability of maximum data rates, higher availability of reduced data rates above an acceptable minimum and limited failures to small areas due to disruption of the signal path through dense rain columns. To increase the data rate and reliability, the gateway may 22 with the ASN 14 using a dedicated, high gain mechanical gimbal antenna (eg, parabolic) separate from the phased array antenna on the ASN 14 communicate the CPE 18 and the BPE 20 served.

Das durch die Strahlen 40 von dem ASN 14 gebildete zelluläre Muster kann jedes geeignete Multiplex- oder Trennverfahren verwenden, um Störungen zwischen benachbarten Zellen 42 zu verringern. In einer bestimmten Ausführungsform verwendet jede Zelle 42 eine Anzahl von Frequenzunterbändern zur Kommunikation mit Teilnehmervorrichtungen (z.B. CPE 18 und BPE 20), wobei jedes Frequenzunterband eine zugehörige Bandbreite zur Komminikation in sowohl der Sende- als auch der Empfangsrichtung hat. In dieser Ausführungsform unterstützt ein separates Unterband eine Kommunikation zwischen ASN 14 und Überleitungseinrichtungen 22. Unter Verwendung des Bandes des lokalen Mehrpunktverteildienstes (local multipoint distribution service, LMDS) bei 28 GHz verwendet das Kommunikationssystem 10 die gesamte Bandbreite in dem Dienstgebiet 16 viele Male wieder, um für den ASN 14 eine Abdeckung von ungefähr 2800 Quadratmeilen zu erreichen. Die Gesamtkapazität des Kommunikationssystems 10 mit einem einzelnen ASN 14 kann 100 Gbps oder größer sein. Diese Kapazität stellt Zweiwege-Breitband-Multimediadienste bereit, die normalerweise nur über terrestrische faseroptische Netzwerke verfügbar sind.That by the rays 40 from the ASN 14 Cellular patterns formed may use any suitable multiplexing or separation technique to eliminate interference between adjacent cells 42 to reduce. In a particular embodiment, each cell uses 42 a number of frequency subbands for communication with subscriber devices (eg CPE 18 and BPE 20 ), each frequency subband having an associated bandwidth for comminication in both the transmit and receive directions. In this embodiment, a separate sub-band supports communication between ASNs 14 and transition facilities 22 , Using the local multipoint distribution service (LMDS) band at 28 GHz, the communication system uses 10 the entire bandwidth in the service area 16 many times again, in order for the ASN 14 to reach a coverage of about 2800 square miles. The total capacity of the communication system 10 with a single ASN 14 can be 100 Gbps or larger. This capacity provides two-way broadband multimedia services, which are typically available only over terrestrial fiber optic networks.

Das Kommunikationssystem 10 mit dem ASN 14 stellt gegenüber terrestrischen oder Satellitensystemen eine Vielzahl von Vorteilen bereit. Anders als Satellitensysteme konzentriert das Kommunikationssystem 10 die gesamte Spektrumverwendung in bestimmten geographischen Gebieten, was Frequenzkoordinationsprobleme minimiert und das Teilen von Frequenz mit erdgebundenen Systemen, wie etwa LMDS, ermöglicht. Außerdem arbeitet der ASN 14 mit einer Leistung, die hoch genug ist, um einen Breitbanddatenzugang durch das an einem Wohnort unterhaltene CPE 18 zu ermöglichen. Der ASN 14 beseitigt die Notwendigkeit von Basisstationsausrüstungen und Basisstationseinrichtungen, die mit terrestrischen Systemen verbunden sind, wie etwa Antennentürmen, Zellenortgebäuden und Zellenortland. Der ASN 14 profitiert auch von höherer Leistung, erhöhter Nutzlastkapazität, einem weniger komplizierten Wärmeverwaltungssystem und erhöhter Teilnehmerdichte im Vergleich zu Satellitensystemen. Allgemein stellt das Kommunikationssystem 10 mit dem ASN 14 eine schnell einsetzbare und flexible Technik bereit, um modulare, skalierbare, aufrüstbare und relativ kostengünstige Kommunika tionsdienste mit ausreichender Schaltungsdichte für Gebiete hoher Population bereitzustellen.The communication system 10 with the ASN 14 provides a variety of advantages over terrestrial or satellite systems. Unlike satellite systems, the communication system focuses 10 the full spectrum usage in certain geographic areas, which minimizes frequency coordination problems and enables frequency sharing with terrestrial systems such as LMDS. In addition, the ASN works 14 with a power high enough to provide broadband data access through the residential CPE 18 to enable. The ASN 14 eliminates the need for base station equipment and base station equipment associated with terrestrial systems, such as antenna towers, cell site buildings, and cell site land. The ASN 14 It also benefits from higher performance, increased payload capacity, a less complicated thermal management system and increased subscriber density compared to satellite systems. General represents the communication system 10 with the ASN 14 A ready-to-deploy and flexible technology ready to provide modular, scalable, upgradeable, and relatively low-cost communication services with sufficient circuit density for high-population areas.

Im Betrieb fliegt das Luftfahrzeug 12 in einer Umlaufbahn 30, um den ASN 14 in einer Höhe über dem Dienstzentrum 16 zu halten. Die phasengesteuerte Vielfachantenne in dem ASN 14 richtet elektronisch Strahlen 40 auf Zellen 42 in Sektoren 44 und 46 des Dienstgebiets 16. Eine Ursprungsvorrichtung (z.B. CPE 18, BPE 20, Überleitungseinrichtung 22), die sich in einer ersten Zelle 42 befindet, überträgt unter Verwendung eines ersten Strahls 40, der die erste Zelle 42 bedient, Daten an den ASN 14. Eine Vermittlungseinrichtung im ASN 14 koppelt die von der Ursprungsvorrichtung empfangenen Daten zur Übertragung zu einer Zielvorrichtung (CPE 18, BPE 20, Überleitungseinrichtung 22), die sich in einer zweiten Zelle 42 befindet, die von einem zweiten Strahl 40 bedient wird, an die phasengesteuerte Vielfachantenne. In dieser Weise verwirklicht der ASN 14 eine Sterntopologie, um jede zwei Vorrichtungen innerhalb des Dienstgebiets 16 miteinander zu verbinden.In operation, the aircraft flies 12 in orbit 30 to the ASN 14 at an altitude above the service center 16 to keep. The phased array antenna in the ASN 14 directs electronically beams 40 on cells 42 in sectors 44 and 46 of the service area 16 , A source device (eg CPE 18 , BPE 20 , Transfer device 22 ), which are in a first cell 42 transmits using a first beam 40 who is the first cell 42 operated, data to the ASN 14 , A switching device in the ASN 14 couples the data received from the source device for transmission to a destination device (CPE 18 , BPE 20 , Transfer device 22 ), which are in a second cell 42 located by a second beam 40 is operated, to the phased array antenna. In this way, the ASN realizes 14 a star topology, around every two devices within the service area 16 to connect with each other.

In einer bestimmten Ausführungsform könnte sich die Zielvorrichtung auch in derselben Zelle wie die Ursprungsvorrichtung befinden. Der ASN 14 unterstützt mehrere Teilnehmerkanäle in einem gegebenen Strahl 40, wobei jeder Kanal durch Vielfachzugriff im Zeitmultiplex (time division multiple access, TDMA), Codevielfachzugriff (code division multiple access, CDMA), Vielfachzugriff im Frequenzmultiplex (frequency division multiple access, FDMA) oder ein anderes geeignetes Kanaltrennverfahren getrennt ist. Zur Kommunikation zwischen Teilnehmern in demselben Strahl 40 empfängt der ASN 14 Paketdaten von der Ursprungsvorrichtung in der ersten Zelle 42 und leitet die Paketdaten zur Übertragung zu einem zweiten Teilnehmer in der ersten Zelle 42 an die Antenne, um Kanal-zu-Kanal-Kommunikation innerhalb desselben Strahls 40 zu ermöglichen.In a particular embodiment, the target device could also be in the same cell as the source device. The ASN 14 supports multiple subscriber channels in a given beam 40 Each channel is separated by time division multiple access (TDMA), code division multiple access (CDMA), frequency division multiple access (FDMA) or other suitable channel separation technique. For communication between participants in the same beam 40 receives the ASN 14 Packet data from the originating device in the first cell 42 and forwards the packet data to a second party in the first cell for transmission 42 to the antenna for channel-to-channel communication within the same beam 40 to enable.

Die meisten Dienstgebiete 16 (z.B. Groß- bzw. Ballungsräume, Notfallzonen, militärische Gebiete) werden in einen Sendebereich von 40 bis 60 Meilen im Durchmesser passen. Mehrere, vernetzte ASNs 14 können jedoch in Gebieten, die diese Größe überschreiten oder eine erhöhte Kapazität erfordern, eine überlappende Abdeckung bereitstellen. Zum Beispiel können vier oder mehr ASNs 14 einen überlappenden Abdeckungsbereich für den Ballungsraum von New York City bereitstellen, um Verbindungen höherer Zuverlässigkeit bereitzustellen und den Blockierungsfaktor auf Anforderungen von Diensten zu verringern.Most service areas 16 (eg metropolitan areas, emergency areas, military areas) will fit in a range of 40 to 60 miles in diameter. Several networked ASNs 14 however, may provide overlapping coverage in areas that exceed this size or require increased capacity. For example, four or more ASNs 14 Provide an overlapping coverage area for the New York City metropolitan area to provide higher reliability connections and reduce the blocking factor to service requirements.

Das Kommunikationssystem 10 stellt verschiedene Klassen von Diensten bereit. Ein typischer Verbraucherdienst für das CPE 18 kann 1 Mbps bis 5 Mbps Verbindungen umfassen, während ein typischer Geschäftsdienst für das BPE 20 5 Mbps bis 12,5 Mbps pro Dienstverbindung aufweisen kann. Unter Verwendung eines asynchronen Übertragungsmodus (asynchronous transfer mode, ATM) oder eines anderen paketvermittelten Protokolls stellen diese Verbindungen Bandbreite auf Anforderung (bandwidth an demand, BOD) bereit, so dass das gesamt verfügbare Spektrum zwischen verschiedenen aktiven Sitzungen mit CPEs 18 und BPEs 20 zeitlich geteilt werden kann. Die nominalen Datenraten können niedrig sein, während die Spitzendatenraten sich auf ein spezifiziertes Niveau erweitern würden. Überleitungseinrichtungen 22 können ähnliche zeitlich geteilte BOD-Verbindungen oder "speziell vorgesehene" Verbindungen höherer Priorität von 25 Mbps bis 155 Mbps oder höher aufweisen. Die Kapazität für ein typisches Kommunikationssystem 10 ist 10.000 bis 75.000 gleichzeitige, symmetrische T1-Schaltungen (1,5 Mbps) für jeden ASN 14. Daher umfasst die gesamte städtische und ländliche Abdeckung von einem einzelnen ASN 14 100.000 bis 750.000 Teilnehmer in einem Dienstgebiet von 40 bis 60 Meilen Durchmesser (1250 bis 2800 Quadratmeilen).The communication system 10 provides different classes of services. A typical consumer service for the CPE 18 can span 1 Mbps to 5 Mbps connections while a typical BPE business service 20 5 Mbps to 12.5 Mbps per service connection. Using an asynchronous transfer mode (ATM) or other packet-switched protocol, these connections provide bandwidth on demand (BOD) such that the total available spectrum between different active sessions with CPEs 18 and BPEs 20 can be shared in time. The nominal data rates may be low while the peak data rates would expand to a specified level. Reconciliation facilities 22 For example, similar time shared BOD links or "higher priority" dedicated links may be from 25 Mbps to 155 Mbps or higher. The capacity for a typical communication system 10 is 10,000 to 75,000 simultaneous symmetric T1 circuits (1.5 Mbps) for each ASN 14 , Therefore, the total urban and rural coverage includes from a single ASN 14 100,000 to 750,000 participants in a service area of 40 to 60 miles in diameter (1250 to 2800 square miles).

2 zeigt Komponenten in dem Kommunikationssystem 10 detaillierter. Allgemein stellt der ASN 14 den Netzknoten eines Sterntopologienetzwerks zum Weiterleiten von Paketdaten zwischen jeglichen zwei Vorrichtungen in dem Dienstgebiet 16 dar. Ein einzelner Sprung über den ASN 14 umfasst zwei Verbindungen 50, wobei jede Verbindung 50 den ASN 14 mit einem CPE 18, BPE 20 oder einer Überleitungseinrichtung 22 koppelt. Paketdaten ermöglichen sowohl verbindungslose als auch verbindungsorientierte (z.B. virtuelle Schaltungen) Kommunikation, aber in einer bestimmten Ausführungsform weisen Paketdaten jedes Paket, jede Gruppierung oder jede Anordnung von Daten auf, die in einer verbindungslosen Umgebung übertragen werden, die Bandbreite auf Anforderung (bandwith an demand, BOD) unterstützt. Die Verbindungen 50 sind breitbandig oder schmalbandig, drahtlos und mit Sichtlinie. 2 shows components in the communication system 10 detail. General notes the ASN 14 the hub of a star topology network for forwarding packet data between any two devices in the service area 16 A single jump over the ASN 14 includes two compounds 50 where each connection 50 the ASN 14 with a CPE 18 , BPE 20 or a transfer device 22 coupled. Packet data enables both connectionless and connection-oriented (eg, virtual circuits) communication, but in a particular embodiment, packet data comprises any packet, grouping, or arrangement of data transmitted in a connectionless environment, the bandwidth on demand (bandwith an demand, BOD). The connections 50 are broadband or narrowband, wireless and with line of sight.

CPE 18, BPE 20 und die Überleitungseinrichtung 22 (allgemein als Vorrichtungen bezeichnet) führen alle ähnliche Funktionen aus. Diese Vorrichtungen enthalten eine hochverstärkende Antenne, die den ASN 14 automatisch verfolgt, um modulierte Signale zu extrahieren, die über die Verbindung 50 unter Verwendung von MMW-Frequenzen übertragen werden. Dann wandeln die Vorrichtungen die extrahierten Signale in digitale Daten um, führen auf Standards basierende oder proprietäre Datenkommunikationsprotokolle aus und leiten die digitalen Daten an eine Vielzahl von Informationseinrichtungen weiter. Auch wenn die CPE 18, BPE 20 und die Überleitungseinrichtung 22 in Größe, Komplexibilität und Kosten variieren können, können einige der Technologien und Komponenten in sowohl Hardware als auch Software allen Ausgestaltungen gemeinsam sein. Das CPE 18 stellt eine persönliche Überleitungseinrichtung zu dem Kommunikationssystem 10 bereit, das den Verbraucher bedient, und das BPE 20 stellt eine Überleitungseinrichtung für die Unternehmen bereit, die höhere Datenraten erfordern. Die Überleitungseinrichtung 22 stellt Infrastruktur und eine äußerst zuverlässige Kommunikation hoher Bandbreite bereit, um den ASN 14, das CPE 18 und das BPE 20 mit Internet-Dienstanbietern (Internet Service Providers, ISPs) 52, dem SWFD 54, Video- und/oder Kabelservern 56 und anderen lokalen und Fernnetzwerkdiensten zu verbinden. Die ISPs 52, das SWFD 54 und die Video- und/oder Kabelserver 56 können unter Verwendung geeigneter Einrichtungen oder durch die Überleitungseinrichtung 22 über drahtlose oder drahtgebundene Verbindungen 58 hoher Bandbreite, wie etwa Mikrowellen, optische Kabel oder andere geeignete Medien, unmittelbar mit dem ASN 14 gekoppelt sein.CPE 18 , BPE 20 and the transfer device 22 (commonly referred to as devices) all perform similar functions. These devices contain a high-gain antenna, which is the ASN 14 automatically tracks to extract modulated signals over the link 50 be transmitted using MMW frequencies. Then, the devices convert the extracted signals into digital data, execute standards-based or proprietary data communication protocols, and relay the digital data to a variety of information devices. Even if the CPE 18 , BPE 20 and the transfer device 22 may vary in size, complexity and cost, some of the technologies and components in both hardware and software may be common to all designs. The CPE 18 provides a personal gateway to the communication system 10 ready to serve the consumer, and the BPE 20 Provides a reconciliation facility for businesses that require higher data rates. The transfer device 22 provides infrastructure and highly reliable high bandwidth communication to the ASN 14 , the CPE 18 and the BPE 20 with Internet Service Providers (ISPs) 52 , the SWFD 54 , Video and / or cable servers 56 and other local and long-distance network services. The ISPs 52 , the SWFD 54 and the video and / or cable servers 56 can be determined using suitable means or by the transfer means 22 via wireless or wired connections 58 high bandwidth, such as microwaves, optical cables or other suitable media, directly with the ASN 14 be coupled.

3 stellt die Vielfalt von Kommunikationsprotokollen und -einrichtungen dar, die von dem Kommunikationssystem 10 unterstützt werden. Der ASN 14 verbindet zwei Vorrichtungen bzw. Geräte 100 unter Verwendung von Verbindungen 50, um bis zu Breitbanddatendiensten unter Verwendung von MMW-Trägerfrequenzen bereitzustellen. Die Vorrichtungen 100 repräsentieren die Sammlung von Kommunikationsprotokoll und -einrichtungen, die sich in dem CPE 18, dem BPE 20 und der Überleitungseinrichtung 22 befinden können. 3 illustrates the variety of communication protocols and devices used by the communication system 10 get supported. The ASN 14 connects two devices or devices 100 using compounds 50 to provide up to broadband data services using MMW carrier frequencies. The devices 100 represent the collection of communication protocol and facilities that are in the CPE 18 , the BPE 20 and the transfer device 22 can be located.

Jede Vorrichtung 100 enthält einen Multiplexer 102 hoher Bandbreite, der mit den Verbindungen 50 gekoppelt ist. Der Multiplexer 102 überträgt Paketdaten, wie etwa ATM-Pakete, zwischen den Verbindungen 50 und einer Vielzahl von Kommunikationseinrichtungen in der Vorrichtung 100. In einer Ausführungsform unterstützt der Multiplexer Protokolle für das synchrone optische Netzwerk (synchronous optical network, SONST), wie etwa OC-1 (52 Mbps), OC-3 (155 Mbps), OC-12 (622 Mbps) oder andere Kommunikationsprotokolle hoher Bandbreite. Die Verwendung von Standard-SONST- und -ATM-Protokollen in einer paketvermittelten Umgebung ermöglicht es, dass der ASN 14 Dienste mit Bandbreite auf Anforderung (bandwith an demand, BOD) unter Verwendung einer großen Vielzahl von Sprach-, Daten- und Videokomponenten bereitstellt. Außerdem kann der ASN 14, wie unten beschrieben wird, eine ATM-Paket-Vermittlung enthalten, die eine effiziente, skalierbare und modulare Kommunikation zwischen Vorrichtungen 100 in dem Dienstgebiet 16 fördert.Every device 100 contains a multiplexer 102 high bandwidth, with the connections 50 is coupled. The multiplexer 102 transmits packet data, such as ATM packets, between the connections 50 and a plurality of communication devices in the device 100 , In one embodiment, the multiplexer supports synchronous optical network (SONST) protocols such as OC-1 (52 Mbps), OC-3 (155 Mbps), OC-12 (622 Mbps) or other high bandwidth communication protocols , The use of standard SONET and ATM protocols in a packet-switched environment allows the ASN 14 Provide bandwidth-on-demand (BOD) services using a wide variety of voice, data, and video components. In addition, the ASN 14 as described below, includes an ATM packet switch that provides efficient, scalable and modular communication between devices 100 in the service area 16 promotes.

Der Multiplexer 102 ist unmittelbar mit dem lokalen Netzwerk (local area network, LAN) 104 gekoppelt, um Videokonferenzdienste 106 zu unterstützen. Der Multiplexer 102 ist auch unter Verwendung einer fraktionellen T1-Verbindung, die das V.35-Protokoll unterstützt, und einem Rahmenweiterleitungsadapter (frame relay adapter) 110 mit dem LAN 108 gekoppelt. Die Vorrichtung 100 unterstützt auch direkten Zugriff auf einen oder mehrere Computer 112 in einem lokalen oder Fernnetzwerk (WAN) durch eine Verbindung zwischen dem Multiplexer 102 und geeigneten Überbrückungseinrichtungen und/oder Routern 114. Die Vorrichtung 100 enthält T1-Verbindungen zu D4-Kanalbänken 116, um einen einfachen alten Telefondienst (plain old telephone service, POTS) 118, einen lokalen drahtlosen Dienst 120 durch den Adapter 122 oder einen anderen durch die D4-Kanalbank 116 unterstützten Sprach-, Video- oder Datendienst bereitzustellen. Die Vorrichtung 100 unterstützt auch einen POTS-Dienst durch eine direkte Verbindung zwischen dem Multiplexer 102 und dem POTS 124 und interne oder externe Verbindungen zu Fernverkehrsdatennetzwerken unter Verwendung der Datenschnittstelle 126.The multiplexer 102 is directly connected to the local area network (LAN) 104 coupled to video conferencing services 106 to support. The multiplexer 102 is also implemented using a fractional T1 connection that supports the V.35 protocol and a frame relay adapter 110 with the LAN 108 coupled. The device 100 also supports direct access to one or more computers 112 in a local or wide area network (WAN) through a connection between the multiplexer 102 and suitable bridging devices and / or routers 114 , The device 100 contains T1 connections to D4 channel banks 116 to a plain old telephone service (POTS) 118 , a local wireless service 120 through the adapter 122 or another through the D4 channel bank 116 supported voice, video or data service. The device 100 Also supports a POTS service through a direct connection between the multiplexer 102 and the POTS 124 and internal or external connections to trunk data networks using the data interface 126 ,

Die Vorrichtung 100 in 3 stellt bestimmte Kommunikationsprotokolle und -einrichtungen dar, aber es ist darauf hinzuweisen, dass die Vorrichtung 100 jedes Protokoll und jede Einrichtung unterstützen kann, das bzw. die Sprache, Video und Daten in dem Kommunikationssystem 10 überträgt oder verarbeitet. Zum Beispiel können T1-Verbindungen T3-, E1-, E3- oder andere geeignete digitale Kommunikationsverbindungen aufweisen. In ähnlicher Weise können das LAN 104, das LAN 108 und die Computer 112 Ethernet, schnelles Ethernet, Gigabit- Ethernet, vermitteltes Ethernet oder ein andere Netzwerkprotokoll implementieren. Außerdem können die D4-Kanalbänke 116 jede andere geeignete Kommunikationstechnologie aufweisen, die eine Schnittstelle zwischen dem Multiplexer 102 und einer Vielzahl von Informationsnetzwerken und Informationseinrichtungen bereitstellt, die in der Vorrichtung 100 enthalten und außerhalb von dieser vorgesehen sind.The device 100 in 3 represents certain communication protocols and devices, but it should be noted that the device 100 Each protocol and device can support the voice, video and data in the communication system 10 transfers or processes. For example, T1 links may have T3, E1, E3 or other suitable digital communication links. Similarly, the LAN can 104 , the LAN 108 and the computers 112 Implement Ethernet, high-speed Ethernet, Gigabit Ethernet, switched Ethernet, or another network protocol. In addition, the D4 channel banks 116 have any other suitable communication technology that provides an interface between the multiplexer 102 and a plurality of information networks and information devices provided in the device 100 contained and provided outside of this.

Im Betrieb verbindet der ASN 14 die Vorrichtungen 100, um Telefon- und Datenkommunikation, lokale drahtlose Dienste, LAN/WAN-Verbindung (Überbrückung/Routen), Übertragung graphischer Daten, Videoübertragung und Verbindungen mit anderen Systemen bereitzustellen, wie etwa Fernverkehrsdatennetzwerken unter Verwendung der D4-Kanalbank 116 oder der Datenschnittstelle 126. Der ASN 14 transportiert Rahmenweiterleitungs-(frame relay), LAN/WAN-, T1-, V.35- und anderen Verkehr unter Verwendung von Paketvermittlung, wie etwa ATM-Vermittlung. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von End-zu-End-ATM- oder -ATM-artigen Protokollen zur Unterstützung von Paketdatentransport und -vermittlung an dem ASN 14. Die Kommunikation von Paketdaten durch die Vorrichtungen 100 fördert die effiziente Verwendung der Bandbreite in der Verbindung 50 und kompensiert in einer bestimmten Ausführungsform häufige Strahlübergaben zwischen den Zellen 42, wenn das Luftfahrzeug 12 und der ASN 14 über dem Dienstgebiet 16 kreisen.In operation, the ASN connects 14 the devices 100 to provide telephone and data communications, local wireless services, LAN / WAN (bridging / routing), graphical data transmission, video transmission and other systems, such as trunk data networks using the D4 channel bank 116 or the data interface 126 , The ASN 14 Transports frame relay, LAN / WAN, T1, V.35 and other traffic using packet switching, such as ATM switching. An important aspect of the present invention is the use of end-to-end ATM or ATM-like protocols to support packet data transport and switching at the ASN 14 , The communication of packet data by the devices 100 Promotes efficient use of bandwidth in the connection 50 and compensates for frequent beam shifts between cells in a particular embodiment 42 when the aircraft 12 and the ASN 14 over the service area 16 circling.

4 stellt detaillierter den ASN 14 dar, der an dem Luftfahrzeug 12 befestigt ist. Das Luftfahrzeug 12 ist ein hochtragendes Verbundmaterial-Luftfahrzeug, das einen Zweistrom-Turbinenluftstrahlantrieb enthält und das in großer Höhe (z.B. 52.000 bis 60.000 Fuß) für einen ausgedehnten Zeitraum (z.B. 8 bis 12 Stunden) arbeitet. Das Luftfahrzeug 12 trägt Teile des ASN 14 sowohl innerhalb seines Rumpfes als auch in einem Nutzlasthalter (payload pod) 150, der unter dem Rumpf des Luftfahrzeugs 12 aufgehängt ist. Die Teile des ASN 14 innerhalb des Rumpfes des Luftfahrzeugs 12 enthalten eine Kühleinrichtung 152, eine Energieeinrichtung 154 und eine Kommunikationseinrichtung 156. 4 presents in more detail the ASN 14 that is on the aircraft 12 is attached. The aircraft 12 is a high-carrying composite aircraft that incorporates a twin-stream turbine air-jet propulsion that operates at high altitude (eg, 52,000 to 60,000 feet) for an extended period of time (eg, 8 to 12 hours). The aircraft 12 carries parts of the ASN 14 both within its hull and in a payload holder (payload pod) 150 under the fuselage of the aircraft 12 is suspended. The parts of the ASN 14 inside the fuselage of the aircraft 12 contain a cooling device 152 , an energy device 154 and a communication device 156 ,

Der Halter 150 enthält eine phasengesteuerte Vielfachantenne 160, die einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt 162 aufweist, der durch einen abgewinkelten vorspringenden Rand 164 umgeben ist. Eine Anzahl von Sende/Empfangspaaren 166 sind an dem horizontalen Abschnitt 162 und dem abgewinkelten vorspringenden Rand 164 der Antenne 160 montiert. In einer bestimmten Ausführungsform bedienen bzw. versorgen Sende/Empfangspaare 166, die an dem horizontalen Abschnitt 162 montiert sind, Zellen 42 in dem zentralen Sektor 44 des Dienstgebiets 16, während Sende/Empfangspaare 166, die an dem abgewinkelten vorspringenden Rand 164 montiert sind, Zellen 42 in umgebenden Sektoren 46 des Dienstgebiets 16 bedienen bzw. versorgen. Die spezielle Anordnung der Sende/Empfangspaare 166 an der Antenne 160, die in 4 gezeigt ist, versorgt einen zentralen Sektor 44 und 8 umgebende Sektoren 46. Jedes Sende/Empfangspaar kann zwei 16×16, 30 Inch quadratische phasengesteuerte Vielfachantennenelemente aufweisen. Sende/Empfangspaare 166 können an der Antenne 160 in einer modularen Weise hinzugefügt, entfernt oder angeordnet werden, um eine Vielzahl von Kommunikationsfähigkeiten bereitzustellen.The holder 150 contains a phased array antenna 160 that has a substantially horizontal section 162 characterized by an angled projecting edge 164 is surrounded. A number of send / receive pairs 166 are at the horizontal section 162 and the angled protruding edge 164 the antenna 160 assembled. In a particular embodiment, operate or ver provide send / receive pairs 166 standing at the horizontal section 162 are mounted, cells 42 in the central sector 44 of the service area 16 while transmitting / receiving pairs 166 attached to the angled protruding edge 164 are mounted, cells 42 in surrounding sectors 46 of the service area 16 operate or supply. The special arrangement of the send / receive pairs 166 at the antenna 160 , in the 4 shown supplies a central sector 44 and 8th surrounding sectors 46 , Each transmit / receive pair may comprise two 16 × 16, 30 inch square phased array antenna elements. Transmit / receive pairs 166 can at the antenna 160 be added, removed or arranged in a modular fashion to provide a variety of communication capabilities.

Der Halter 150 kann auch eine geeignete, hochverstärkende, mechanisch kardanisch aufgehängte Überleitungseinrichtungsantenne 168 zur Kommunikation mit jeder Überleitungseinrichtung 22 in dem Dienstgebiet 16 enthalten. Die Antenne 168 kann parabolisch mit mindestens zwei Kardanachsen sein, um die Antenne 168 auf die Überleitungseinrichtung 22 zu richten. Die Antenne 168 stellt gegenüber den Sende/Empfangspaaren 166 eine erhöhte Verstärkung bereit, was höhere Datenraten und eine erhöhte Zuverlässigkeit auf Verbindungen zwischen dem ASN 14 und der Überleitungseinrichtung 22 liefert. Wie die Sende/Empfangspaare 166 kann eine Überleitungseinrichtungsantenne 168 in einer modularen Weise hinzugefügt, entfernt oder angeordnet werden, um eine Vielzahl von Kommunikationsfähigkeiten bereitzustellen.The holder 150 may also be a suitable, high gain, mechanically gimbaled umbilging antenna 168 for communication with each gateway 22 in the service area 16 contain. The antenna 168 may be parabolic with at least two gimbal axes to the antenna 168 on the transfer device 22 to judge. The antenna 168 faces the send / receive pairs 166 providing increased gain, resulting in higher data rates and increased reliability on connections between the ASN 14 and the transfer device 22 supplies. Like the send / receive pairs 166 may be a gateway antenna 168 be added, removed or arranged in a modular fashion to provide a variety of communication capabilities.

Die Antenne 160 erzeugt plattformfixierte Strahlen, erdfixierte Strahlen oder eine Kombination von plattformfixierten und erdfixierten Strahlen. Für plattformfixierte Strahlen hält jedes Sende/Empfangspaar 166 ein festes Sichtfeld aufrecht, das in einem festen Winkel in Bezug auf die Antenne 160 ausgerichtet ist. Das gesamte Sichtfeld für den ASN 14 ist die Summe der Sichtfelder der einzelnen Sende/Empfangspaare 166. Der Ansatz mit plattformfixiertem Strahl erfordert eine häufige Strahlübergabe, während die Strahlen 40 über die Zellen 42 streichen, während das Luftfahrzeug 12 und der ASN 14 über dem Dienstgebiet 16 kreisen. Eine Paketvermittlungseinrichtung in der Kommunikationseinrichtung 156 kompensiert Strahlübergaben durch Aufrechterhalten einer Verbindung zwischen den Strahlen 40 und den Zellen 42, die durch die Strahlen 40 bedient werden. In einer bestimmten Ausführungsform steuert die Antenne 160 die Strahlen 40 elektronisch, um Bewegungen des Luftfahrzeugs 12 zu kompensieren und um die Strahlen 40 über ihren zugehörigen Zellen 42 während des Zeitraums stabil und fixiert zu halten, in dem sie die Zellen 42 bedienen.The antenna 160 generates platform-fixed beams, earth-fixed beams or a combination of platform-fixed and earth-fixed beams. For platform-fixed beams, each transmit / receive pair latches 166 a fixed field of view that is at a fixed angle with respect to the antenna 160 is aligned. The entire field of vision for the ASN 14 is the sum of the fields of view of the individual transmit / receive pairs 166 , The platform-fixed beam approach requires frequent beam passing while the beams 40 about the cells 42 swipe while the aircraft 12 and the ASN 14 over the service area 16 circling. A packet switching device in the communication device 156 compensates for beam passing by maintaining a connection between the beams 40 and the cells 42 passing through the rays 40 to be served. In a particular embodiment, the antenna controls 160 the Rays 40 electronically, to movements of the aircraft 12 to compensate and for the rays 40 over their associated cells 42 stable and fixated during the period in which they keep the cells 42 serve.

Für erdfixierte Strahlen steuert die Antenne 160 jeden Strahl 40 elektronisch in der Weise, dass er auf seiner zugehörigen Zellen 42 stationär bleibt, während sich das Luftfahrzeug 12 und der ASN 14 entlang der Umlaufbahn 30 vorbewegen. Dieser Ansatz hat mehr elektronische und physikalische Komplexität für die Antenne 160 zur Folge, aber verringert die Belastung der Kommunikationseinrichtung 156, da Strahlübergaben stark verringert oder beseitigt werden können. Jedes Sende/Empfangspaar 166 hält ein weiteres Sichtfeld zur Steuerung in dem gesamten Dienstgebiet 16 aufrecht, um jeden Strahl 40 auf einer permanent bezeichneten oder zugewiesenen Zelle 42 in dem Dienstgebiet 16 zu halten. Die Steuerbarkeit der Strahlen 40 in entweder einem plattformfixierten oder einem erdfixierten Ansatz kann die Vermeidung von Lücken in der erforderlichen Abdeckung aufgrund von Seen, Ozeanen, Wüsten und dünnbesiedelten Gebieten ermöglichen. Die Antenne 160 kann auch einen hybriden Ansatz verwenden, der sowohl plattformfixierte als auch erdfixierte Techniken umfasst.For earth-fixed beams, the antenna controls 160 every ray 40 electronically in such a way that he is on his associated cells 42 remains stationary while the aircraft 12 and the ASN 14 along the orbit 30 advancing. This approach has more electronic and physical complexity for the antenna 160 but reduces the load on the communication device 156 since beam deliveries can be greatly reduced or eliminated. Each send / receive pair 166 holds another field of view for control in the entire service area 16 upright to every ray 40 on a permanently designated or assigned cell 42 in the service area 16 to keep. The controllability of the rays 40 in either a platform-based or an earth-fixated approach, avoiding gaps in required coverage due to lakes, oceans, deserts, and sparsely populated areas may be possible. The antenna 160 can also use a hybrid approach that includes both platform-fixed and earth-fixed techniques.

Der Halter 150 ist unter Verwendung eines Adapters 170 an das Luftfahrzeug 12 gekoppelt, der die Orientierung der Antenne 160 mechanisch einstellt, um Strahlen 40 auf Zellen 42 in dem Dienstgebiet 16 zu richten. In einer Ausführungsform enthält der Adapter 170 einen oder mehrere Kardanelemente, Verbindungen oder eine andere geeignete mechanische Kopplung in der Flugzeugquerachse, der Flugzeuglängsachse und/oder der Hochachse, um aktive oder passive Orientierungsanpassungen bereitzustellen, die die Neigung des Luftfahrzeugs 12 kompensieren, während es sich entlang der Umlaufbahn 30 bewegt. Der Adapter 170 kann auch aktiv Schwankungen und andere hochfrequente Luftfahrzeugbewegungen kompensieren, um die Antenne 160 in einer im Wesentlichen horizontalen Orientierung zu halten. Unter Verwendung einer Steuertechnik mit erdfixiertem Strahl kann der Adapter 170 die Antenne 160 um die Achse 172 drehen, um eine im Wesentlichen konstante Kompassorientierung der Antenne 160 aufrecht zu erhalten. In dieser Ausführungsform dreht der Adapter 170 die Antenne 160 mit einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen gleich der Umlaufgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs 12 ist.The holder 150 is using an adapter 170 to the aircraft 12 coupled to the orientation of the antenna 160 mechanically adjusts to rays 40 on cells 42 in the service area 16 to judge. In one embodiment, the adapter includes 170 one or more gimbals, links, or other suitable mechanical coupling in the aircraft transverse axis, the aircraft's longitudinal axis, and / or the vertical axis to provide active or passive orientation adjustments that reflect the inclination of the aircraft 12 compensate while moving along the orbit 30 emotional. The adapter 170 can also actively compensate for fluctuations and other high-frequency aircraft movements to the antenna 160 in a substantially horizontal orientation. Using an ephemeral beam control technique, the adapter can 170 the antenna 160 around the axis 172 turn to a substantially constant compass orientation of the antenna 160 to maintain. In this embodiment, the adapter rotates 170 the antenna 160 at a speed substantially equal to the orbital speed of the aircraft 12 is.

5 stellt die Komponenten des ASN 14 detaillierter dar. Der unter dem Luftfahrzeug 12 montierte Halter 150 enthält ein Radiofrequenz-(RF-) bzw. Hochfrequenz-(HF-)Sendemodul 200 und ein RF- bzw. HF-Empfangsmodul 202 für jedes Sen de/Empfangspaar 166 oder die Überleitungseinrichtungsantenne 168. Zusätzlich zu Nutzerdaten können das Sendemodul 200 und das Empfangsmodul 202 einen Aufwärtsstreckensteuerkanal bzw. einen Abwärtsstreckensteuerkanal enthalten. Der Halter 150 enthält auch einen Pilotsender, der ein Pilotsendemodul 204 und eine zugehörige Antenne 206 enthält. Der Pilotsender sendet ein Pilotsignal 208, das von erdgebundenen Vorrichtungen zur Antennenverfolgung und Leistungssteuerung verwendet wird. In einer bestimmten Ausführungsform ist das Pilotsignal 208 ein einzelner Ton, der durch eine spezielle Verfolgungsschaltung an der erdgebundenen Vorrichtung erkannt wird. 5 represents the components of the ASN 14 in more detail. The below the aircraft 12 mounted holders 150 contains a Radio Frequency (RF) or Radio Frequency (RF) Transmitter module 200 and an RF or RF receiving module 202 for each sender / recipient pair 166 or the gateway antenna 168 , In addition to user data, the transmission module 200 and the receiving module 202 an uplink control channel and a downlink control channel, respectively. The holder 150 also contains a pilot transmitter, which is a pilot transmitter module 204 and an associated antenna 206 contains. The pilot transmitter sends a pilot signal 208 used by terrestrial antenna tracking and power control devices. In a particular embodiment, the pilot signal is 208 a single tone detected by a special tracking circuit on the terrestrial device.

Der ASN 14 enthält auch ein Modem 210 und einen Multiplexer 212 für jedes Sende/Empfangspaar 166 und die Überleitungseinrichtungsantenne 168. Eine Vermittlungseinrichtung 214, die mit jedem Multiplexer 212 gekoppelt ist, stellt eine Verbindung von Daten in dem Kommunikationssystem bereit. Die Vermittlungseinrichtung 214 enthält eine Datenbank 216, die Informationen über jede Zelle 42 in dem Dienstgebiet 16 und zugehörige Strahlen 40 speichert, die von Sende/Empfangspaaren 166 zu Dienstzellen 42 gebildet werden. Die Datenbank 216 enthält auch geeignete Kunden-, Adressier-, Routing- und Abbildungsinformationen, um den asynchronen Übertragungsmodus (asynchronous transfer mode, ATM) oder ein anderes geeignetes Paketvermittlungsverfahren durchzuführen. Die Datenbank 216 kann Direktzugriffsspeicher (random access memory, RAM), Nur-Lese-Speicher (read only memory, ROM), magnetische oder optische Geräte oder irgendeinen anderen geeigneten Speicher aufweisen. Gemeinsame Elektronik 218 umfasst Energieversorgungen, Prozessoren und andere Hardware und Software zur Unterstützung des Betriebs des ASN 14.The ASN 14 also includes a modem 210 and a multiplexer 212 for each send / receive pair 166 and the gateway antenna 168 , A switching device 214 that with each multiplexer 212 coupled, provides a connection of data in the communication system. The switching device 214 contains a database 216 containing information about each cell 42 in the service area 16 and associated rays 40 stores that of send / receive pairs 166 to service cells 42 be formed. Database 216 Also includes appropriate customer, addressing, routing and mapping information to perform asynchronous transfer mode (ATM) or other suitable packet switching method. Database 216 may include random access memory (RAM), read only memory (ROM), magnetic or optical devices, or any other suitable memory. Common electronics 218 includes power supplies, processors and other hardware and software to support the operation of the ASN 14 ,

Im Betrieb überträgt eine Ursprungsvorrichtung in einer Ursprungszelle 42 Paketdaten über die Verbindung 50 zu dem ASN 14. Das Sende/Empfangspaar 166, das einen Ursprungsstrahl 40 bildet, der die Ursprungszelle 42 bedient, leitet die Paketdaten zur Abwärtsumsetzung und geeigneten RF- bzw. HF-Verarbeitung an das Empfangsmodul 202 weiter. Dann extrahiert der Demodulator in dem Modem 210 die digitalen Paketdaten und leitet diese Information an den Multiplexer 212 weiter. Unter Verwendung von SONST oder einem anderen geeigneten Protokoll leitet der Multiplexer 212 die Paketdaten zum Routen an die Vermittlungseinrichtung 214 weiter.In operation, a source device transmits in a source cell 42 Packet data over the connection 50 to the ASN 14 , The send / receive pair 166 , which is a source ray 40 forms, which is the source cell 42 services, forwards the packet data for down-conversion and appropriate RF or RF processing to the receiving module 202 further. Then the demodulator extracts in the modem 210 the digital packet data and passes this information to the multiplexer 212 further. Using SONET or another suitable protocol, the multiplexer routes 212 the packet data for routing to the switch 214 further.

Die Vermittlungseinrichtung 214 gewinnt aus den Paketdaten Adressier- oder Routinginformationen, verbindet diese Informationen mit einem bestimmten Teilnehmer oder einer bestimmten Zielvorrichtung, bestimmt eine zugehörigen Zielzelle 42 und bestimmt einen Zielstrahl 40, der die Zielzelle 42 bedient. Nach dem Bestimmen des Zielstrahls 40 leitet die Vermittlungseinrichtung 214 die Paketdaten an den geeigneten Multiplexer 212 weiter, der das Sende/Empfangspaar 166 bedient, das den Zielstrahl 40 bildet. Der Multiplexer 212 kombiniert die Paketdaten mit anderen Paketdaten zu demselben Sende/Empfangspaar 166 und leitet diese Informationen zu dem Modulator in dem Modem 210 zur Übergabe an das Sendemodul 200. Das Sende/Empfangspaar 166 kommuniziert das modulierte RF- bzw. HF-Signal, das die Paketdaten enthält, unter Verwendung des Zielstrahls 40 an die Zielzelle 42. Die Zielvorrichtung empfängt die Paketdaten und übersetzt die Paketdaten zur weiteren Verarbeitung in digitale Informationen. Der ASN 14 führt eine ähnliche Funktion zur Kommunikation aus, die die Überleitungseinrichtung 22 und die Überleitungseinrichtungsantenne 168 umfasst.The switching device 214 obtains addressing or routing information from the packet data, associates this information with a particular subscriber or destination device, and determines an associated destination cell 42 and determines a target beam 40 who is the target cell 42 served. After determining the aiming beam 40 directs the switch 214 the packet data to the appropriate multiplexer 212 Next, the send / receive pair 166 that serves the aiming beam 40 forms. The multiplexer 212 combines the packet data with other packet data for the same send / receive pair 166 and passes this information to the modulator in the modem 210 for transfer to the transmitter module 200 , The send / receive pair 166 communicates the modulated RF signal containing the packet data using the destination beam 40 to the target cell 42 , The destination device receives the packet data and translates the packet data into digital information for further processing. The ASN 14 performs a similar communication function that the gateway device 22 and the gateway antenna 168 includes.

6 stellt detailliert die Komponenten des CPE 18, BPE 20, der Überleitungseinrichtung 22 und allgemeiner der Vorrichtung 100 dar, das bzw. die mit dem ASN 14 kommuniziert. Auch wenn sich diese Diskussion auf die Ausgestaltung und den Betrieb des CPE 18 konzentriert, kann jeder Vorrichtung bzw. jedes Gerät, die bzw. das mit dem ASN 14 kommuniziert, ähnliche Komponenten enthalten und ähnliche Funktionen ausführen. 6 details the components of the CPE 18 , BPE 20 , the gateway device 22 and more generally the device 100 that with the ASN 14 communicated. Even though this discussion is on the design and operation of the CPE 18 can concentrate any device or device that is connected to the ASN 14 communicates, contain similar components and perform similar functions.

Das CPE 18 enthält eine Radiofrequenz-(RF-) bzw. Hochfrequenz-(HF-)Einheit 246, eine Netzwerkschnittstelleneinheit (network interface unit, NIU) 248 und eine Vielzahl von Informationsgeräten 260 bis 270. Die RF- bzw. HF-Einheit 246 enthält eine Antenne 250 (z.B. eine parabolische 12'' bis 18'' MMW-Antenne), die mit einem Sendemodul 252 und einem Empfangsmodul 254 gekoppelt ist. Die NIU 248 enthält ein Modem 256, das mit dem Sendemodul 252 und dem Empfangsmodul 254 gekoppelt ist, und einen Multiplexer 258, der mit einer Vielzahl von Informationsgeräten gekoppelt ist, wie etwa Endbenutzereinrichtungen (z.B. einem Computer 260, einem Telefon 262, einem Videoserver 264, einem Videoterminal 266, einer Videokamera 268), Überleitungseinrichtungsgeräten (z.B. einer Überleitungseinrichtungsschnittstelle 270) und anderen Kommunikations-, Anzeige- oder Verarbeitungsgeräten. Das Modem 256 in der NIU 248 weist einen L-Band-Tuner und Abwärtsumsetzer, einen Modulator und einen Demodulator auf.The CPE 18 contains a radio frequency (RF) or radio frequency (RF) unit 246 , a network interface unit (NIU) 248 and a variety of information devices 260 to 270 , The RF or RF unit 246 contains an antenna 250 (eg a parabolic 12 '' to 18 '' MMW antenna) equipped with a transmitter module 252 and a receiving module 254 is coupled. The NIU 248 contains a modem 256 that with the transmitter module 252 and the receiving module 254 coupled, and a multiplexer 258 coupled to a variety of information devices, such as end user devices (eg, a computer 260 , a telephone 262 , a video server 264 , a video terminal 266 , a video camera 268 ), Gateway devices (eg, a gateway interface 270 ) and other communication, display or processing equipment. The modem 256 in the NIU 248 includes an L-band tuner and down converter, a modulator and a demodulator.

Im Betrieb akzeptiert das Sendemodul 252 ein L-Band-(950 bis 1950 MHz)Zwischenfrequenz-(ZF-)Eingangssignal von dem Modulator in dem Modem 256, übersetzt dieses Signal in MMW-Frequenzen, verstärkt das Signal unter Verwendung eines Leistungsverstärkers auf ein Sendeleistungsniveau von 100 mW bis 500 mW und speist die Antenne 250 zur Übertragung an den ASN 14. Das Empfangsmodul 254 koppelt ein von dem ASN 14 an der Antenne 250 empfangenes Signal an einen rauscharmen Verstärker, führt eine Abwärtsumsetzung des Signals auf eine L-Band-ZF durch und stellt eine anschließende Verstärkung und Verarbeitung durch, bevor das Signal an den Demodulator in dem Modem 256 ausgegeben wird. Auch wenn das Sendemodul 252 und das Empfangsmodul 254 im Breitband arbeiten, verarbeiten diese Komponenten typischerweise einen einzelnen 40 MHz-Kanal zur Zeit. Das Modem 256 in der NIU 248 stellt sich auf eine bestimmte Kanalfrequenz ein.In operation, the transmitter module accepts 252 an L-band (950 to 1950 MHz) intermediate frequency (IF) input signal from the modulator in the modem 256 , translates this signal into MMW frequencies, amplifies the signal using a power amplifier to a transmit power level of 100 mW to 500 mW and feeds the antenna 250 for transmission to the ASN 14 , The receiving module 254 one couples from the ASN 14 at the antenna 250 received signal to a low-noise amplifier, performs a downward conversion of the signal to an L-band IF and provides a subsequent gain and Ver Work through before the signal to the demodulator in the modem 256 is issued. Even if the transmitter module 252 and the receiving module 254 operating in broadband, these components typically process a single 40 MHz channel at a time. The modem 256 in the NIU 248 adjusts to a specific channel frequency.

Die NIU 248 steht mit der RF- bzw. HF-Einheit 246 über ein Koaxialpaar 270 in Verbindung, das die L-Band-Sende- und -Empfangssignale zwischen der NIU 248 und der RF- bzw. HF-Einheit 246 koppelt. Jedes CPE 18 unterstützt hohe Datenraten (z.B. OC-1 bei 52 Mbps) in sowohl der Sende- als auch der Empfangsrichtung. In manchen Anwendungen verwendet das CPE 18 einiges seiner Bandbreite, um Frequenzspreizungscodierungen zur Verbesserung der Leistung gegenüber Störungen aufzunehmen.The NIU 248 stands with the RF or HF unit 246 over a coaxial pair 270 connecting the L-band transmit and receive signals between the NIU 248 and the RF or RF unit 246 coupled. Every CPE 18 supports high data rates (eg OC-1 at 52 Mbps) in both the send and receive directions. In some applications, the CPE uses this 18 some of its bandwidth to accommodate frequency spread coding to improve the performance against noise.

Die RF- bzw. HF-Einheit 246 enthält auch einen Antennenverfolger mit einem Antennenverfolgungsmodul und eine Antennenbetätigungseinrichtung 282, um die Antenne 250 auf den ASN 14 zu richten. Das Antennenverfolgungsmodul 280 empfängt das Verfolgungs- oder Pilotsignal 208, das von dem Pilotsender 204 in dem ASN 14 übertragen wird, und erzeugt Befehle für die Antennenbetätigungseinrichtung 282, um die Antenne 250 mit dem Strahl 40 auszurichten, der von einem zugehörigen Sende/Empfangspaar 166 in dem ASN 14 erzeugt wird. In einer bestimmten Ausführungsform unterstützen das Antennenverfolgungsmodul 280 und die Antennenbetätigungseinrichtung 282 eine Drehung um zwei Achsen, um den ASN 14 zu verfolgen und sich zu diesem auszurichten.The RF or RF unit 246 Also includes an antenna tracker with an antenna tracking module and an antenna actuator 282 to the antenna 250 on the ASN 14 to judge. The antenna tracking module 280 receives the tracking or pilot signal 208 that from the pilot station 204 in the ASN 14 is transmitted and generates commands for the antenna actuator 282 to the antenna 250 with the beam 40 to be aligned by an associated send / receive pair 166 in the ASN 14 is produced. In a particular embodiment, the antenna tracking module support 280 and the antenna actuator 282 a rotation around two axes to the ASN 14 to follow and align with this.

Das Meiste der Einrichtungen in dem CPE 18, einschließlich der Antenne 250, des Sendemoduls 252, des Empfangsmoduls 254, des Modems 256 und des Multiplexers 258, kann bestehende Komponenten sein, die bereits für den lokalen Mehrpunktverteildienst (local multipoint distribution service, LMDS) oder andere Breitbanddatendienste entwickelt worden sind. Dies verringert die Kosten des CPE 18, da es nur minimale Kosten ergeben würde, die LMDS-Einrichtungen anzupassen, um in dem Kommunikationssystem 10 zu arbeiten. Unter der Annahme eines Be triebs in dem LMDS-Band (28 GHz) muss das CPE 18 nur das Antennenverfolgungsmodul 280 und die Antennenbetätigungseinrichtung 282 in eine existierende LMDS-Ausgestaltung aufnehmen.Most of the facilities in the CPE 18 including the antenna 250 , the transmitter module 252 , the receiving module 254 , the modem 256 and the multiplexer 258 , may be existing components that have already been developed for the local multipoint distribution service (LMDS) or other broadband data services. This reduces the cost of the CPE 18 As it would only result in minimal costs, the LMDS facilities adapt to the communication system 10 to work. Assuming an operation in the LMDS band (28 GHz), the CPE 18 only the antenna tracking module 280 and the antenna actuator 282 into an existing LMDS design.

7 stellt das Dienstgebiet 16 für das Kommunikationssystem 10 dar. In Abhängigkeit von der Kapazität, dem geographischen Abdeckungsbereich, der Betriebshöhe des ASN 14 und anderen Betriebsparametern kann das Dienstgebiet 16 einen inneren Bereich 300, einen ersten Randbereich 302 und einen zweiten Randbereich 304 enthalten. In einer typischen städtischen Anwendung deckt der innere Bereich 300 einen dichten städtischen Bereich ab, der Überleitungseinrichtungen 22 enthalten kann, der erste Randbereich 302 deckt einen im Wesentlichen suburbanen Bereich ab und der zweite Randbereich 304 deckt einen im Wesentlichen ländlichen Bereich ab. 7 represents the service area 16 for the communication system 10 Depending on the capacity, the geographical coverage area, the operating altitude of the ASN 14 and other operating parameters, the service area 16 an inner area 300 , a first edge area 302 and a second border area 304 contain. In a typical urban application, the inner area covers 300 a dense urban area, the transfer facilities 22 may contain the first edge area 302 covers a substantially suburban area and the second edge area 304 covers an essentially rural area.

Das Kommunikationssystem 10 nimmt an, dass ein minimaler Blickwinkel 306 zwischen erdgebundenen Vorrichtungen und dem weiteren Punkt auf der Umlaufbahn 30 allgemein höher als 20° ist. Dieser Wert entspricht Vorrichtungen an dem Rand des Dienstgebiets 16. Im Unterschied dazu nehmen Mobilfunkdesigner an, dass die Sichtlinie von einem Kunden zu der Antenne der nächsten Basisstation weniger als ein Grand ist. Das Kommunikationssystem 10 enthält einen großen minimalen Blickwinkel 306, um zu gewährleisten, dass Vorrichtungen Zugang zu einem soliden Winkel haben, der von dem Luftfahrzeug 12 und dem ASN 14, die in der Umlaufbahn 30 fliegen, überstrichen wird und der frei von dichten Objekten ist. Außerdem stellt der minimale Blickwinkel 306 einen relativ kurzen Übertragungsweg bereit, um eine hohe Dienstverfügbarkeit während schweren Regenfalls zu fördern. Der minimale Blickwinkel 306 ermöglicht es dem Kommunikationssystem 10 auch, ein gemeinsames Spektrum zu teilen, das für erdgebundene drahtlose Netzwerke ausgewiesen ist, wie etwa LMDS, der bei 28 GHz arbeitet. Eine Isolation zwischen dem Kommunikationssystem 10 und einem erdgebundenen System, das in demselben Band arbeitet, nimmt mit höheren Frequenzen unter Verwendung engerer Strahlen zur Übertragung zu. Ein zweiter Blickwinkel 308 definiert den inneren Bereich 300 des Dienstgebiets 16. In einer bestimmten Ausführungsform ordnet das Kommunikationssystem 10 die Überleitungseinrichtungen 22 innerhalb des inneren Bereichs 300 an, um eine zuverlässige, kontinuierliche Kommunikation sogar während schweren Regenfalls und dichter Wolkendecke zu gewährleisten.The communication system 10 assumes that a minimal angle of view 306 between terrestrial devices and the other point on the orbit 30 generally higher than 20 °. This value corresponds to devices at the edge of the service area 16 , In contrast, mobile designers assume that the line of sight from one customer to the antenna of the next base station is less than a grand. The communication system 10 contains a large minimal angle of view 306 to ensure that devices have access to a solid angle from the aircraft 12 and the ASN 14 in orbit 30 fly, be swept over and that is free of dense objects. In addition, the minimum viewing angle represents 306 a relatively short transmission path ready to promote high service availability during heavy rainfall. The minimum angle 306 allows the communication system 10 also to share a common spectrum identified for terrestrial wireless networks, such as LMDS operating at 28GHz. An isolation between the communication system 10 and a terrestrial system operating in the same band increases in transmission at higher frequencies using narrower beams. A second view 308 defines the inner area 300 of the service area 16 , In a particular embodiment, the communication system orders 10 the transfer facilities 22 within the inner area 300 to ensure reliable, continuous communication even during heavy rainfall and dense cloud cover.

Die Größe und Form des Dienstgebiets 16 (z.B. innerer Bereich 300, erster Randbereich 302, zweiter Randbereich 304) und die Blickwinkel 306 und 308 ändern sich, wenn das Luftfahrzeug 12 an verschiedenen Orten innerhalb des Betriebsgebiets 310 arbeitet. Dies ermöglicht es, dass das Luftfahrzeug 12 den ASN 14 in verschiedenen Höhen und in verschiedenen Umlaufbahnen 300 trägt, um eine Anpassung in Bezug auf die Benutzerdichte und die Größe des Dienstgebiets 16 vorzunehmen.The size and shape of the service area 16 (eg inner area 300 , first edge area 302 , second border area 304 ) and the viewing angles 306 and 308 change when the aircraft 12 at different locations within the business area 310 is working. This allows the aircraft 12 the ASN 14 in different heights and in different orbits 300 contributes to an adjustment in terms of user density and the size of the service area 16 make.

8 stellt detaillierter das Frequenzmultiplexverfahren dar, das in dem Kommunikationssystem 10 verwendet wird. In einer bestimmten Ausführungsform erreicht der Frequenzplan einen 5:1 Wiederverwendungsfaktor in dem gesamten Dienstgebiet 16. Das LMDS-Band als ein Beispiel verwendend, weist ein Sendeband 350 fünf 60 MHz Sendeunterbänder 352 (A, B, C, D, E) zwischen 27,5 GHz und 27,8 GHz auf, und ein Empfangsband 360 weist fünf 60 MHz Empfangsunterbänder 362 (A, B, C, D, E) zwischen 28,05 GHz und 28,35 GHz auf. Ein Schutzband von 250 MHz zwischen 27,8 GHz und 28,05 GHz verringert Störungen zwischen dem Sendeband 250 und dem Empfangsband 260. Jede Teilnehmerzelle 42 in dem Dienstgebiet 16 entspricht einem von vier Unterbändern 352 und 362 (A, B, C, D) für Sende- und Empfangsverbindungen zu einem CPE 18 und BPE 20. Jedes Unterband 352 und 362 entspricht verschiedenen Sende- und Empfangsfrequenzen, und die Zellen 42 sind in einer solchen Weise angeordnet, dass keine zwei benachbarten Zellen 42 dieselben Frequenzunterbän der verwenden. Das fünfte Unterband 352 und 362 (E) stellt Sende- und Empfangsverbindungen zu den Überleitungseinrichtungen 22 bereit. Dieses fünfte Unterband bietet Flexibilität bei dem Einsatz und der Aufrüstung von Überleitungseinrichtungen 22 oder Änderung von Kommunikationsfrequenzen oder -verfahren, die für das CPE 18 und BPE 20 verwendet werden. Mit anderen Spektrumoptionen, wie etwa 38 GHz, kann das Kommunikationssystem 10 andere ähnliche Frequenzpläne einsetzen. 8th In more detail, the frequency division multiplexing method used in the communication system 10 is used. In a particular embodiment, the frequency plan achieves a 5: 1 reuse factor in the entire service area 16 , Using the LMDS tape as an example has a broadcast band 350 five 60 MHz transmit subbands 352 (A, B, C, D, E) between 27.5 GHz and 27.8 GHz, and a reception band 360 has five 60 MHz receive subbands 362 (A, B, C, D, E) between 28.05 GHz and 28.35 GHz. A guard band of 250 MHz between 27.8 GHz and 28.05 GHz reduces interference between the transmission band 250 and the reception band 260 , Each participant cell 42 in the service area 16 corresponds to one of four subbands 352 and 362 (A, B, C, D) for transmission and reception connections to a CPE 18 and BPE 20 , Every subband 352 and 362 corresponds to different transmission and reception frequencies, and the cells 42 are arranged in such a way that no two adjacent cells 42 use the same frequency subbands. The fifth subband 352 and 362 (E) provides send and receive connections to the gateway devices 22 ready. This fifth subband provides flexibility in deploying and upgrading transfer devices 22 or change of communication frequencies or procedures applicable to the CPE 18 and BPE 20 be used. With other spectrum options, such as 38 GHz, the communication system can 10 use other similar frequency plans.

Das Kommunikationssystem 10 verwendet MMW-Frequenzen, um drahtlose Breitbanddaten zu übertragen und um relativ kleine Zellen 42 in dem Dienstgebiet 16 mit kleinen Antennen zu bilden. Terrestrische LMDS-Systeme verwenden bei 28 GHz ungefähr 1 GHz Bandbreite, um eine lokale Verteilung von Breitbanddiensten bereitzustellen. Wege in diesem System sind nahezu tangential zu der Erde und dürfen aufgrund von Dämpfung, die durch Regen verursacht wird, 5 Kilometer nicht überschreiten. Für luftgestützte Systeme wie das Kommunikationssystem 10 verringert der minimale Blickwinkel 306 den Teil des Weges, der das Volumen großer Regenfallraten durchquert. Außerdem erzeugen hochverstärkende Antennen an Komponenten in dem Kommunikationssystem 10 enge bzw. schmale Strahlen zur Bildung von Zellen 42, was eine hohe Verstärkung zur Folge hat, die die Bereichsfähigkeit von MMW-Signalen erweitert. Parameter Wert Trägerfrequenz, GHz 28 TX-Leistung, dBm, Gesamt 20,00 Anzahl von Trägern 1,00 Leistung pro Träger, dB 20,00 TX-Antennen-Speiseverlust, dB 0,90 TX-Antennen-Verstärkung, dB 34,00 Bereich oder Zellenradius, km 35,00 Weg-(Bereichs-)Verlust (freier Raum) 152,02 RX-Antennen-Verstärkung 34,00 Empfangene Signalleistung, dBm –64,92 Boltzmann-Konstante 1,38E-23 Temperatur, Grad Kelvin 290 Rauschdichte, No (dBm) –173,98 Effektive Empfängerrauschzahl dB 9,00 Alpha 0,21 Codierrate, R 0,78 Modulationsreihenfolge, m 2,00 Bitrate, Mbps 51,84 RX-Rauschbandbreite, MHz 40,21 RX-Rauschleistung –88,93 Min Eb/No BER 1E-9, QPSK, Conv&R-S code r = 0,78 6,00 Min C/N, BER 1E-9 4,90 Realisierungsverlust, dB 1,00 Empfangene C/N, dB 23,01 Klarluftreserve, dB 18,11 Regenrate (Dallas, 99,9%), mm/h 63 Regendämpfung, Dallas, 99,9% 11,2 Regengedämpfte Reserve, dB 6,91 TABELLE 1 – Wegverlustberechungen bei 28 GHz The communication system 10 uses MMW frequencies to transmit wireless broadband data and relatively small cells 42 in the service area 16 to form with small antennas. Terrestrial LMDS systems use about 1 GHz bandwidth at 28 GHz to provide local distribution of broadband services. Paths in this system are nearly tangential to the earth and must not exceed 5 kilometers due to damping caused by rain. For airborne systems like the communication system 10 reduces the minimum viewing angle 306 the part of the path that crosses the volume of large rainfall rates. In addition, high gain antennas produce components in the communication system 10 narrow or narrow beams to form cells 42 , which results in a high gain that extends the range capability of MMW signals. parameter value Carrier frequency, GHz 28 TX power, dBm, total 20.00 Number of carriers 1.00 Power per carrier, dB 20.00 TX antenna feed loss, dB 0.90 TX antenna gain, dB 34,00 Area or cell radius, km 35,00 Path (area) loss (free space) 152.02 RX antenna gain 34,00 Received signal power, dBm -64.92 Boltzmann constant 1,38E-23 Temperature, degrees Kelvin 290 Noise density, No (dBm) -173.98 Effective receiver noise figure dB 9.00 alpha 0.21 Coding rate, R 0.78 Modulation order, m 2.00 Bitrate, Mbps 51.84 RX noise bandwidth, MHz 40.21 RX-noise power -88.93 Min Eb / No BER 1E-9, QPSK, Conv & R-S code r = 0.78 6.00 Min C / N, BER 1E-9 4.90 Realization loss, dB 1.00 Received C / N, dB 23,01 Clear air reserve, dB 18.11 Rainfall (Dallas, 99.9%), mm / h 63 Rain Damping, Dallas, 99.9% 11.2 Rain damped reserve, dB 6.91 TABLE 1 - Path Loss Calculations at 28 GHz

TABELLE 1 fasst die Ergebnisse einer typischen Wegverlustanalyse in dem Kommunikationssystem 10 zusammen. Ein Ver bindungsplan nimmt einen minimalen Blickwinkel 306 von 30 Grad an. Ein minimaler Blickwinkel 306 von 20 Grad fügt ungefähr 3 dB zu dem Wegverlust hinzu. Dies erniedrigt die Verbindungsreserve von ungefähr 7 dB auf 4 dB. Typischerweise beträgt die Regendämpfung auf LEO-Satellitensystemen bei dieser Frequenz und mit einem Blickwinkel von ungefähr 40 Grad ungefähr 12 dB, während die Regendämpfung für terrestrische Systeme mit im Wesentlichen horizontal zum Boden verlaufender Verbindung ungefähr 18 dB beträgt.TABLE 1 summarizes the results of a typical path loss analysis in the communication system 10 together. A connection plan takes a minimal point of view 306 of 30 degrees. A minimal angle of view 306 of 20 degrees adds about 3 dB to the path loss. This lowers the link reserve from about 7dB to 4dB. Typically, rainfall attenuation on LEO satellite systems at this frequency and with a viewpoint of approximately 40 degrees is approximately 12 dB, while rainfall attenuation for terrestrial systems with a connection substantially horizontal to the ground is approximately 18 dB.

Um den Verbindungsplan zu berechnen, ist der Schrägabstand zwischen erdgebundenen Vorrichtungen und dem ASN 14 35 km, die Verstärkung von sowohl den luftgestützten als auch Bodenantennen ist 34 dB und die von sowohl dem luftgestützten Segment als auch dem Erdsegment übertragene Leistung ist 100 mW bei 28 GHz. Für diese Analyse verwendet das Kommunikationssystem QPSK-Modulation, einen Entfaltungscode mit Rate 7/8, der mit einem Reed-Solomon (204.188) Code verbunden ist, einen Bandbreitenüberschussfaktor von 0,21 mit einer angenommenen maximalen Bitfehlerrate (BER) von 10–9, um eine zu OC-1 (d.h. 51,84 Mbps) äquivalente Informationsrate zu erhalten. Die Berechnungen nehmen eine Regenfallrate an, die eine Verbindungsverfügbarkeit von 99,9 ermöglicht. Die Ergebnisse dieser Analyse weisen auf eine Reserve von nahezu 7 dB sogar nach Regendämpfung hin. Das Kommunikationssystem 10 kann diese Reserve um bis zu 10 dB erhöhen, wenn die übertragene Leistung auf 1 W erhöht würde, und um weitere 3 dB durch Verbessern der Empfängerrauschzahl.To calculate the connection plan is the skew distance between terrestrial devices and the ASN 14 35 km, the gain of both the airborne and ground antennas is 34 dB and the power transmitted by both the airborne segment and the earth segment is 100 mW at 28 GHz. For this analysis, the QPSK modulation communication system uses a rate 7/8 unfolding code associated with a Reed-Solomon (204.188) code, a bandwidth excess factor of 0.21 with an assumed maximum bit error rate (BER) of 10 -9 , to obtain an OC-1 (ie, 51.84 Mbps) equivalent information rate. The calculations assume a rainfall rate that allows a connection availability of 99.9. The results of this analysis indicate a reserve of nearly 7 dB even after rain damping. The communication system 10 can increase this reserve by up to 10 dB if the transmitted power were increased to 1 W, and by another 3 dB through Ver improve the receiver noise figure.

Die Ausbreitung der MMW-Signale erfolgt gemäß Sichtlinie. Bäume sowie Gebäude, Fahrzeuge und Gelände verursachen normalerweise einen unabkzeptablen Wegverlust. Der große minimale Blickwinkel 306 minimiert diesen Effekt, und das Kommunikationssystem 10 nimmt einen hindernisfreien Weg zwischen dem Sender und dem Empfänger an. Minderungsverfahren umfassen das Vergrößern der Höhe der erdgebundenen Vorrichtungen, das Bereitstellen alternativer Knoten und das Entfernen von Blockierungen.The propagation of the MMW signals takes place according to the line of sight. Trees and buildings, vehicles and terrain usually cause an unacceptable path loss. The big minimum angle 306 minimizes this effect, and the communication system 10 takes an obstacle-free path between the transmitter and the receiver. Attrition methods include increasing the height of terrestrial devices, providing alternate nodes, and removing deadlocks.

Auch wenn die vorliegende Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben worden ist, können dem Fachmann unzählige Änderungen, Variationen, Abwandlungen, Transformation und Modifikationen vorgeschlagen werden, und es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Änderungen, Variationen, Abwandlungen, Transformationen und Modifikationen als in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallend umfasst.Also When the present invention in various embodiments has been described the expert innumerable changes, Variations, modifications, transformation and modifications proposed and it is intended that the present invention such changes, Variations, Modifications, Transformations and Modifications as in the area of the attached Claims falling includes.

Claims (29)

System (10) zur Bereitstellung von Kommunikation für eine Vielzahl von Vorrichtungen (18, 20, 22), die in einem Dienstgebiet (16) auf der Erde angeordnet sind, das eine Vielzahl von Zellen (42) enthält, wobei das System ein Luftfahrzeug (12) aufweist, das über dem Dienstgebiet (16) fliegt und das einen luftgestützten Vermittlungsknoten (14) hat, der einen Antennenabschnitt (160) enthält, wobei der luftgestützte Vermittlungsknoten (14) betrieben werden kann, um: durch den Antennenabschnitt (160) eine Vielzahl von ausgerichteten Strahlen (40) in jeweils unterschiedliche Richtungen zu dem Dienstgebiet (16) zu senden, so dass jeder Strahl (40) einer jeweiligen Zelle (42) in dem Dienstgebiet (16) zugeordnet ist, die Richtungen der Strahlen (40) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12) einzustellen, einschließlich einer Kompensation der Bewegung des Luftfahrzeugs (12) in Bezug auf die Erde, und durch den Antennenabschnitt (160) jeweilige Signale zu empfangen, die von der Vielzahl von Vorrichtungen (18, 20, 22) gesendet werden, die sich in dem Dienstgebiet (16) befinden, und jedes derartige empfangene Signal auf einem der Strahlen (40) zu einer der Vorrichtungen (18, 20, 22) zu senden, die anders als die Vorrichtung (18, 20, 22) ist, von der das Signal empfangen wurde.System ( 10 ) for providing communication for a plurality of devices ( 18 . 20 . 22 ) operating in a service area ( 16 ) are arranged on the earth, which has a multiplicity of cells ( 42 ), the system being an aircraft ( 12 ) over the service area ( 16 ) and that an airborne switching node ( 14 ), which has an antenna section ( 160 ), wherein the airborne switching node ( 14 ) can be operated to: through the antenna section ( 160 ) a plurality of aligned beams ( 40 ) in different directions to the service area ( 16 ) so that each beam ( 40 ) of a respective cell ( 42 ) in the service area ( 16 ), the directions of the beams ( 40 ) with regard to the aircraft ( 12 ), including compensation for the movement of the aircraft ( 12 ) with respect to the earth, and through the antenna section ( 160 ) receive respective signals received from the plurality of devices ( 18 . 20 . 22 ), which are located in the service area ( 16 ), and each such received signal on one of the beams ( 40 ) to one of the devices ( 18 . 20 . 22 ), unlike the device ( 18 . 20 . 22 ) from which the signal was received. System (10) nach Anspruch 1, bei dem der luftgestützte Vermittlungsknoten (14) einen Adapter (170) enthält, der die Ausrichtung des Antennenabschnitts (160) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12) unter Steuerung des luftgestützten Vermittlungsknotens (14) mechanisch einstellt, um die Einstellung der Strahlen (40) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12) zu erleichtern.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the airborne switching node ( 14 ) an adapter ( 170 ) containing the orientation of the antenna section ( 160 ) with regard to the aircraft ( 12 ) under the control of the airborne switching node ( 14 ) mechanically adjusts the setting of the beams ( 40 ) with regard to the aircraft ( 12 ) to facilitate. System (10) nach Anspruch 2, bei dem der Adapter betrieben werden kann, um eine Neigungsbewegung des Antennenabschnitts in Bezug auf das Luftfahrzeug um mindestens eine Achse zu bewirken, die sich ungefähr horizontal erstreckt.System ( 10 ) according to claim 2, wherein the adapter is operable to cause a tilting movement of the antenna portion with respect to the aircraft about at least one axis extending approximately horizontally. System (10) nach Anspruch 2, bei dem der Adapter (170) betrieben werden kann, um eine Drehung des Antennenabschnitts (160) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12) um eine ungefähr vertikale Achse zu bewirken.System ( 10 ) according to claim 2, wherein the adapter ( 170 ) can be operated to prevent rotation of the antenna section ( 160 ) with regard to the aircraft ( 12 ) to effect an approximately vertical axis. System (10) nach Anspruch 4, bei dem der Adapter (170) den Antennenabschnitt (160) dreht, um eine im Wesentlichen konstante Kompassausrichtung des Antennenabschnitts (160) beizubehalten.System ( 10 ) according to claim 4, wherein the adapter ( 170 ) the antenna section ( 160 ) to maintain a substantially constant compass orientation of the antenna section (FIG. 160 ) to maintain. System (10) nach Anspruch 2, bei dem der Antennenabschnitt (160) mindestens eine phasengesteuerte Vielfachantenne aufweist, die betrieben werden kann, um elektronisch eine Einstellung der Richtungen der Strahlen (40) zu bewirken.System ( 10 ) according to claim 2, wherein the antenna section ( 160 ) comprises at least one phased array antenna operable to electronically adjust the directions of the beams ( 40 ) to effect. System (10) nach Anspruch 1, bei dem der Antennenabschnitt (160) mindestens eine phasengesteuerte Vielfachantenne aufweist, die betrieben werden kann, um elektronisch eine Einstellung der Richtungen der Strahlen (40) zu bewirken.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the antenna section ( 160 ) comprises at least one phased array antenna operable to electronically adjust the directions of the beams ( 40 ) to effect. System (10) nach Anspruch 1, bei dem der Antennenabschnitt (160) eine Vielzahl von Anntennenteilen (166) aufweist, die jeweils den Vorrichtungen (18, 20, 22) in einer jeweiligen Untergruppe der Zellen (42) in dem Dienstgebiet (16) zugeordnet sind und diese bedienen.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the antenna section ( 160 ) a plurality of antenna parts ( 166 ), each of the devices ( 18 . 20 . 22 ) in a respective subgroup of cells ( 42 ) in the service area ( 16 ) are assigned and serve them. System (10) nach Anspruch 8, bei dem jeder der Antennenteile (166) eine Sendeantenne (200) und eine Empfangsantenne (202) aufweist.System ( 10 ) according to claim 8, wherein each of the antenna parts ( 166 ) a transmitting antenna ( 200 ) and a receiving antenna ( 202 ) having. System (10) nach Anspruch 5, bei dem der Antennenabschnitt (160) eine Plattform enthält, die einen zentralen Abschnitt mit einem abgewinkelten vorspringenden Rand (164) hat, der sich um diesen erstreckt, wobei einer der Antennenteile (166) an dem zentralen Abschnitt abgestützt ist und andere Antennenteile (166) an dem abgewinkelten vorspringenden Rand (164) an entlang von diesem voneinander beabstandeten Stellen abgestützt sind.System ( 10 ) according to claim 5, wherein the antenna section ( 160 ) includes a platform having a central portion with an angled protruding edge ( 164 ) extending around it, one of the antenna parts ( 166 ) is supported on the central portion and other antenna parts ( 166 ) on the angled projecting edge ( 164 ) are supported along along spaced from each other points. System (10) nach Anspruch 10, bei dem: der Antennenteil (166), der an dem zentralen Abschnitt montiert ist, betrieben werden kann, um Strahlen (40) auf Zellen (42) in der Mitte des Dienstgebiets (16) zu lenken, und die Antennenteile (166), die an dem abgewinkelten vorspringenden Rand (164) montiert sind, betrieben werden können, um Strahlen (40) auf jeweilige Gruppen von Zellen (42) zu lenken, die die Mitte des Dienstgebiets (16) umgeben.System ( 10 ) according to claim 10, wherein: the antenna part ( 166 ) which is mounted on the central portion, can be operated to generate beams ( 40 ) on cells ( 42 ) in the middle of the service area ( 16 ), and the antenna parts ( 166 ) attached to the angled protruding edge ( 164 ), can be operated to remove rays ( 40 ) to respective groups of cells ( 42 ), which is the center of the service area ( 16 ) surround. System (10) nach Anspruch 1, bei dem der luftgestützte Vermittlungsknoten (14) eine Paketvermittlungseinrichtung (214) enthält, die Paketdaten durch den Antennenabschnitt (160) von einer ersten der Vorrichtungen (18, 20, 22) in dem Dienstgebiet (16) empfängt und die Paketdaten zu dem Antennenabschnitt (160) zur Übertragung an eine zweite der Vorrichtungen (18, 20, 22) in dem Dienstgebiet (16) leitet.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the airborne switching node ( 14 ) a packet switching device ( 214 ) contains the packet data through the antenna section ( 160 ) of a first of the devices ( 18 . 20 . 22 ) in the service area ( 16 ) and receives the packet data to the antenna section ( 160 ) for transmission to a second of the devices ( 18 . 20 . 22 ) in the service area ( 16 ). System (10) nach Anspruch 1, bei dem der luftgestützte Vermittlungsknoten (14) aufweist: einen Speicher (216), der eine Zuordnung zwischen den Strahlen (40) und den Zellen (42) speichert, wobei der luftgestützte Vermittlungsknoten (14) die Zuordnung in dem Speicher bei einer Durchführung einer Übergabe eines Strahls (40) zwischen Zellen (42) aktualisiert, und eine Paketvermittlungseinrichtung (214), die Paketdaten durch den Antennenabschnitts (160) von einer ersten der Vorrichtungen (18, 20, 22) empfängt, die sich in einer der Zellen (42) befinden, auf den Speicher (216) zugreift, um einen Zielstrahl (40) zu bestimmen, der einer zweiten der Vorrichtungen (18, 20, 22) zugeordnet ist, die sich in einer der Zellen (42) befinden, und die Paketdaten zur Übertragung an die zweiten Vorrichtung (18, 20, 22) unter Verwendung des Zielstrahls (40) zu dem Antennenabschnitt (160) leitet.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the airborne switching node ( 14 ) comprises: a memory ( 216 ), an association between the beams ( 40 ) and the cells ( 42 ), wherein the airborne switching node ( 14 ) the assignment in the memory when performing a handover of a beam ( 40 ) between cells ( 42 ), and a packet switching device ( 214 ), the packet data through the antenna section ( 160 ) of a first of the devices ( 18 . 20 . 22 ) located in one of the cells ( 42 ), to the memory ( 216 ) to obtain a target beam ( 40 ), a second of the devices ( 18 . 20 . 22 ) associated with one of the cells ( 42 ) and the packet data for transmission to the second device ( 18 . 20 . 22 ) using the aiming beam ( 40 ) to the antenna section ( 160 ). System (10) nach Anspruch 1, bei dem die Vorrichtungen (18, 20, 22) aufweisen: eine Vielzahl von Teilnehmervorrichtungen, die jeweils unter Verwendung einer Vielzahl von ersten Frequenzbändern mit dem luftgestützten Vermittlungsknoten (14) kommunizieren, und eine Überleitungseinrichtung, die unter Verwendung eines zweiten Frequenzbandes, das sich von den ersten Frequenzbändern unterscheidet, mit dem luftgestützten Vermittlungsknoten (14) kommuniziert.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the devices ( 18 . 20 . 22 ) comprise: a plurality of subscriber devices, each using a plurality of first frequency bands with the airborne switching node (10); 14 ) and a gateway device that communicates with the airborne switching node (12) using a second frequency band that is different from the first frequency bands. 14 ) communicates. System (10) nach Anspruch 14, bei dem der Antennenabschnitt (160) einen ersten Teil, der eine Kommunikation mit den Teilnehmervorrichtungen unter Verwendung von phasengesteuerter Vielfachantennentechnologie erleichtert, und einen zweiten Teil aufweist, der von dem ersten Teil getrennt ist und der eine Kommunikation mit der Überleitungseinrichtung unter Verwendung einer Technologie ermöglicht, die sich von der phasengesteuerten Vielfachantennentechnologie unterscheidet.System ( 10 ) according to claim 14, wherein the antenna section ( 160 A first part that facilitates communication with the subscriber devices using phased array antenna technology and has a second part that is separate from the first part and that enables communication with the gateway device using technology different from phased array antenna technology different. System (10) nach Anspruch 1, bei dem der luftgestützte Vermittlungsknoten BU (14) mit den Vorrichtungen (18, 20, 22) unter Verwendung eines Frequenzbandes kommuniziert, das für erdgebundene Kommunikation bestimmt ist.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the airborne switching node BU (14) is equipped with the devices ( 18 . 20 . 22 ) using a frequency band intended for terrestrial communication. System (10) nach Anspruch 1, bei dem der luftgestützte Vermittlungsknoten (14) ferner einen Pilotsender (204) aufweist, der ein Pilotsignal (208) aussendet, und bei dem mindestens eine der Vorrichtungen (18, 20, 22) aufweist: eine Antenne zum Empfangen des Pilotsignals (208) und eine Antennenverfolgungseinrichtung (280), um die Antenne in Abhängigkeit von dem Pilotsignal (208) so zu positionieren, dass sie auf den luftgestützten Vermittlungsknoten (14) gerichtet ist.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the airborne switching node ( 14 ) a pilot transmitter ( 204 ), which is a pilot signal ( 208 ) and at least one of the devices ( 18 . 20 . 22 ) comprises: an antenna for receiving the pilot signal ( 208 ) and an antenna tracking device ( 280 ) to the antenna in dependence on the pilot signal ( 208 ) to be placed on the airborne switching node ( 14 ). System (10) nach Anspruch 1, bei dem der Antennenabschnitt (160) betrieben werden kann, um ein gleichzeitiges Aussenden von jedem der Vielzahl von ausgerichteten Strahlen (40) zu ermöglichen.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the antenna section ( 160 ) to simultaneously transmit each of the plurality of aligned beams ( 40 ). System (10) nach Anspruch 1, bei dem der luftgestützte Vermittlungsknoten (14) betrieben werden kann, um mit einem Satelliten zu kommunizieren.System ( 10 ) according to claim 1, wherein the airborne switching node ( 14 ) to communicate with a satellite. System (10) nach Anspruch 1, das ein weiteres Luftfahrzeug (12) enthält, das daran einen weiteren luftgestützten Vermittlungsknoten (14) aufweist, der eine Kommunikation für eine Vielzahl von weiteren Vorrichtungen (18, 20, 22) bereitstellt, die sich in einem weiteren Dienstgebiet (16) befinden, wobei die luftgestützten Vermittlungsknoten (14) betrieben werden können, um miteinander zu kommunizieren.System ( 10 ) according to claim 1, which is another aircraft ( 12 ), which has a further airborne switching node ( 14 ) having a communication for a plurality of further devices ( 18 . 20 . 22 ) located in another service area ( 16 ), the airborne switching nodes ( 14 ) can be operated to communicate with each other. Verfahren zur Bereitstellung einer Kommunikation für eine Vielzahl von Vorrichtungen (18, 20, 22), die in einem Dienstgebiet (16) angeordnet sind, das sich auf der Erde befindet und das eine Vielzahl von Zellen (42) enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Fliegen eines Luftfahrzeugs (12) über dem Dienstgebiet (16), wobei das Luftfahrzeug (12) einen luftgestützten Vermittlungsknoten (14) hat, der einen Antennenabschnitt (160) enthält, Aussenden von einer Vielzahl von ausgerichtete Strahlen (40) durch den Antennenabschnitt (160) in jeweils unterschiedliche Richtungen zu dem Dienstgebiet (16), so dass jeder Strahl (40) einer jeweiligen Zelle (42) in dem Dienstgebiet (16) zugeordnet ist, Einstellen der Richtungen der Strahlen (40) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12), einschließlich einer Kompensation der Bewegung des Luftfahrzeugs (12) in Bezug auf die Erde, und Empfangen von jeweiligen Signalen durch den Antennenabschnitt (160), die von der Vielzahl von Vorrichtungen (18, 20, 22) gesendet werden, die sich in dem Dienstgebiet (16) befinden, und Senden von jedem derartigen empfangenen Signal auf einem der Strahlen (40) zu einer der Vorrichtungen (18, 20, 22), die anders als die Vorrichtung (18, 20, 22) ist, von der dieses Signal empfangen wurde.Method for providing a communication for a plurality of devices ( 18 . 20 . 22 ) operating in a service area ( 16 ), which is located on the earth and which has a multiplicity of cells ( 42 ), the method comprising the steps of: flying an aircraft ( 12 ) over the service area ( 16 ), the aircraft ( 12 ) an airborne switching node ( 14 ), which has an antenna section ( 160 ), emission of a plurality of aligned beams ( 40 ) through the antenna section ( 160 ) in different directions to the service area ( 16 ), so that each beam ( 40 ) of a respective cell ( 42 ) in the service area ( 16 ), adjusting the directions of the beams ( 40 ) with regard to the aircraft ( 12 ), including compensation for the movement of the aircraft ( 12 ) with respect to the earth, and receiving respective signals through the antenna section ( 160 ), which depend on the multiplicity of devices ( 18 . 20 . 22 ), which are located in the service area ( 16 ) and transmitting each such received signal on one of the beams ( 40 ) to one of the devices ( 18 . 20 . 22 ), which is different than the device ( 18 . 20 . 22 ) from which this signal was received. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Einstellschritt den Schritt des elektronischen Einstellens der Richtungen der Strahlen (40) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12) aufweist.A method according to claim 21, wherein the adjusting step comprises the step of electronically adjusting the directions of the beams ( 40 ) with regard to the aircraft ( 12 ) having. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Einstellschritt den Schritt des mechanischen Einstellens der Ausrichtung des Antennenabschnitts (160) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12) aufweist, um die Richtungen der Strahlen (40) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12) einzustellen.A method according to claim 21, wherein the adjusting step comprises the step of mechanically adjusting the orientation of the antenna section (16). 160 ) with regard to the aircraft ( 12 ) to the directions of the beams ( 40 ) with regard to the aircraft ( 12 ). Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der mechanische Einstellschritt den Schritt des Drehens des Antennenabschnitts (160) in Bezug auf das Luftfahrzeug (12) aufweist, um eine im Wesentlichen konstante Kompassausrichtung des Antennenabschnitts (160) beizubehalten.A method according to claim 23, wherein the mechanical adjusting step comprises the step of rotating the antenna section (16). 160 ) with regard to the aircraft ( 12 ) to maintain a substantially constant compass orientation of the antenna section (FIG. 160 ) to maintain. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der luftgestützte Vermittlungsknoten (14) einen Speicher (216) aufweist, der eine Zuordnung zwischen den Strahlen (40) und den Zellen (42) speichert, und das den Schritt des Aktualisierens der Zuordnung in dem Speicher (216) bei einer Durchführung einer Übergabe eines Strahls (40) zwischen Zellen (42) aufweist.The method of claim 21, wherein the airborne switching node ( 14 ) a memory ( 216 ) having an association between the beams ( 40 ) and the cells ( 42 ) and that the step of updating the allocation in the memory ( 216 ) when performing a handover of a beam ( 40 ) between cells ( 42 ) having. Verfahren nach Anspruch 21, das den Schritt aufweist, zu bewirken, dass der Antennenabschnitt (160) mit den Vorrichtungen (18, 20, 22) unter Verwendung eines Frequenzbandes kommuniziert, das für erdgebundene Kommunikation bestimmt ist.The method of claim 21 including the step of causing the antenna portion (16) to 160 ) with the devices ( 18 . 20 . 22 ) using a frequency band intended for terrestrial communication. Verfahren nach Anspruch 21, das ferner den Schritt aufweist, zu bewirken, dass der Antennenabschnitt (160) ein Pilotsignal (208) aussendet, um eine erdgebundene Antennenverfolgung zu ermöglichen.The method of claim 21, further comprising the step of causing the antenna portion (16) to 160 ) a pilot signal ( 208 ) to enable terrestrial antenna tracking. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Vorrichtungen (18, 20, 22) eine Vielzahl von Teilnehmervorrichtungen und eine Überleitungseinrichtung umfassen und das die folgenden Schritte aufweist: Veranlassen, dass die Teilnehmervorrichtungen jeweils unter Verwendung eines von einer Vielzahl von ersten Frequenzbändern mit dem luftgestützten Vermittlungsknoten (14) kommunizieren, und Veranlassen, dass die Überleitungseinrichtung unter Verwendung eines zweiten Frequenzbandes, das sich von den ersten Frequenzbändern unterscheidet, mit dem luftgestützten Vermittlungsknoten (14) kommuniziert.The method of claim 21, wherein the devices ( 18 . 20 . 22 ) comprise a plurality of subscriber devices and a gateway, and comprising the steps of: causing the subscriber devices to each use one of a plurality of first frequency bands with the airborne switching node (10); 14 ) and causing the gateway device to communicate with the airborne switching node using a second frequency band different from the first frequency bands (FIG. 14 ) communicates. Verfahren nach Anspruch 21, das den Schritt aufweist, zu bewirken, dass der Antennenabschnitt (160) eine gleichzeitige Übertragung von jedem der Vielzahl von ausgerichteten Strahlen (40) ermöglicht.The method of claim 21 including the step of causing the antenna portion (16) to 160 ) a simultaneous transmission of each of the plurality of aligned beams ( 40 ).
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